Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas

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Tópicos
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Proteínas são
importantes
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Sua síntese é de responsabilidade única e exclusivamente do código genético
Estruturalmente complexas e diversificadas quanto à forma e suas funções
Fazem parte tanto da estrutura dos seres vivos quanto da regulação das vias metabólicas e de sinalização celular.
Proteínas
Proteína (do grego proteion – primeiro) 
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Algumas Funções das Proteínas
 Estrutural – ex. colágeno e queratina
 Catálise – enzimas
 Movimento – miosina e actina
 Transporte - hemoglobina 
 Hormônios – insulina, hormônio de crescimento
 Proteção – anticorpos , coagulação (fibrinogênio) 
 Armazenamento- ferritina (armazena ferro)
 Regulação – controlam a expressão dos genes
Proteínas
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grupo carboxila
grupo amino
Cadeia lateral ou grupo R – varia entre os aas
átomo de hidrogênio
20 aminoácidos
Unidades básicas das proteínas são os AMINOÁCIDOS
Carbono alfa
Estrutura geral de um a-aminoácido
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C
H
R
COOH
H2N

Cisteína
Treonina
Glutamina
Glicina
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 Existem 20 aminoácidos primários
 distintos a partir dos quais são
 formadas a quase totalidade das
 proteínas.
Aminoácidos – blocos construtores
 das proteínas
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Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
três letras 
uma letra
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Quanto ao número de grupos +NH3 e COOH
Ácidos: maior número de COO-
Neutros: Número de COO- e +NH3 iguais
Básicos: Maior número de +NH3
Quanto à cadeia hidrocarbonada:
Alifáticos: alanina
Aromáticos: fenilalanina
Heterocíclicos: triptofano
Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
Classificação
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Cadeias laterais (Grupo R)
 As propriedades das cadeias laterais são 
 importantes para a conformação das proteínas e,
 portanto, para sua função.
Classificação dos Aminoácidos em função da polaridade do grupo R: 
 Aminoácidos apolares - R hidrofóbico 
 Aminoácidos polares - R hidrofílico
Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
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Apolares (não polares)
Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
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Aminoácidos com grupos R não-polares e alifáticos
Classificação dos Aminoácidos
Interações hidrofóbicas
Glicina
Prolina
Leucina
Isoleucina
Metionina
Valina
Alanina
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 Grupos R aromáticos e não polares
Interações hidrofóbicas
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Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
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Grupos R polares não-carregados
Ligação de hidrogênio com a água
Ligação dissulfeto
tirosina
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Formação de ligação dissulfeto
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Cabelo Proteínas alfa-queratinas rica em cisteína 
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Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
- Histidina (His, H)
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 Grupos R carregados positivamente
Lisina
Arginina
Histidina
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 Grupos R carregados negativamente
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Outros aminoácidos, menos comuns, também ocorrem como componentes das proteínas (pela modificação de resíduos de aminoácidos comuns, após a síntese da proteína pelo organismo, em um processo chamado modificação pós-tradução) ou como metabólitos livres. 
Exemplo:
 3-hidroxi-prolina
 4-hidroxi-prolina
 (colágeno)
Aminoácidos – blocos construtores das proteínas
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Aminoácidos não proteicos
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Exemplo:
L-alanina 
D-alanina 
O átomo de carbono alfa (a) de todos os aminoácidos, exceto o da glicina, é assimétrico. Assim, os aminoácidos podem existir em pelo menos duas formas estereoisoméricas. 
Somente os estereoisômeros L, são encontrados nas proteínas. 
Estereoquímica de aminoácidos
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As proteínas naturais possuem apenas L-aminoácidos.
D-Aminoácidos encontrados nas paredes celulares de bactérias. D-Aminoácidos não são geneticamente codificados, derivam da 
 epimerização de isômeros L.
Estereoquímica de aminoácidos
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Ácido fraco (pk1  2,0)
Base fraca (pk2  9,0)
O estado de ionização dos grupos amino e carboxila varia com o pH 
Estado no pH intracelular
(Zwitterion)
 
Comportamento ácido-base dos aminoácidos
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Aminoácidos existem como um zwitterion: um íon dipolar, possuindo uma carga positiva e uma carga negativa (carga total neutra). 
Aminoácidos são anfóteros: podem reagir como ácidos ou como bases. 
Comportamento ácido-base dos aminoácidos
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	Zwitterions 
Aminoácidos com igual número de grupos amino e grupos carboxila são neutros quando dissolvidos em água.
Em meio ácido o grupo -COO- é protonado e existe como –COOH.
Em meio básico, o grupo -NH3+ é desprotonado e existe como –NH2.
Comportamento ácido-base dos aminoácidos
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Comportamento Anfotérico
 Ex.: ALANINA
 
 
ÁCIDO BÁSICO
pH X X' X” 
 “ZWITTERION” 
 (comportamento anfotérico)
 aminoácidos podem agir tanto como ÁCIDO ou como BASE.
 Ácido: 
Base:
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Ponto isoelétrico (pI): pH no qual o aminoácido existe na forma neutra, ou forma de zwitterion. 
É influenciado pela natureza da cadeia lateral.
Comportamento ácido-base dos aminoácidos
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Ponto isoelétrico (pI): Aminoácido Glicina
Exemplo:
Comportamento ácido-base dos aminoácidos
C
O
2
H
H
3
N
C
O
2
H
H
H
3
N
C
O
2
H
H
2
N
+
+
pH baixo
pH alto
H
H
H
H3O +
OH -
H3O +
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Em qualquer pH acima de seu pI, a glicina terá carga negativa e mover-se-a em direção ao eletrodo positivo (anodo), quando colocada em um campo elétrico.
Em qualquer pH abaixo de seu pI, a glicina terá carga positiva e mover-se-a
 em direção ao eletrodo negativo (catodo).
Comportamento ácido-base dos aminoácidos
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pKa DOS AMINOÁCIDOS
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Aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis
Exemplo: Ácido Glutâmico
pKa1	= 2,19 pKa2	=	4,25 pKa3	=	9,67 pI 	=	3,22
 Para aminoácidos com cadeias laterais acídicas, pI é a média de pKa1 e pKa2 (= pKR).
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Classificação dos Aminoácidos
Essenciais - são aqueles que não podem ser sintetizados pelo organismo considerado mas é necessário para o seu funcionamento.
Não essenciais - são aqueles que podem ser sintetizados pelo organismo considerado. No homem de 10 a 12 AAs são encontrados em suas proteínas. 
 Plantas e bactérias são capazes de sintetizar todos os
 Aminoácidos necessários à sua sobrevivência. 
Os Aminoácidos essenciais para o homem são:
Arginina (Arg), Histidina (His), Leucina (Leu), Isoleucina (Ile), Lisina (Lys), Metionina (Met), Fenilalanina (Phe), Treonina (Thr), Valina (Val), Triptofano (Trp).
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Nos organismos vivos, sob a ação de enzimas, os aminoácidos se ligam formando uma amida ou dipeptídeo.
As amidas resultantes da união de grupos amina e carboxila dos aminoácidos são chamadas peptídeos , e o grupo amida, –NHCO-, nestes compostos, é chamado ligação peptídica (do grego pepsis, digestão).
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R= cadeias laterais
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Ligação entre:
 
2 aminoácidos 
dipeptídeo
3 aminoácidos 
tripeptídeo
4 aminoácidos 
tetrapeptídeo
n aminoácidos 
polipeptídeo
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Peptídeos e proteínas: cadeias de aminoácidos
Proteínas e polipeptídeos: termos algumas vezes intercambiáveis.
Classificação por massa (aproximado)
Polipeptídeos < 50 resíduos de AA 
Proteínas > 50 resíduos de AA
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PROTEÍNAS
Conceito: 
São macromoléculas de alto PM constituídas por dezenas, centenas ou milhares de L-α-aminoácidos unidos por ligações peptídicas.
Composição elementar das proteínas:
As proteínas são compostos quartenários de carbono(C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio(N) nas seguintes proporções:
C=50-55% O=20-23% H=06-07% N=12-20%
Outros elementos: S, P, Zn, Fe, Co, Mg 
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Classificação
Quanto à composição química:
Simples: constituída somente por aminoácidos. 
Ex: albumina
Conjugadas: constituídas por uma parte proteica (aminoácidos) e uma parte não
protéica (grupo prostético). 
Ex: fosfoproteínas, lipoproteínas, cromoproteínas, glicoproteínas.
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Quanto ao valor nutricional:
Alto valor biológico: São as proteínas ricas em aminoácidos essenciais. Possuem origem animal, como leite e derivados, carnes, peixe, ovos.
Baixo valor biológico: São proteínas pobres em aminoácidos essenciais. São deficientes em algum aminoácido essencial (aminoácido limitante). Possuem origem vegetal.
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A estrutura tridimensional de uma proteína determina sua função
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Estrutura primária
Estrutura secundária
É a sequência de aminoácidos de uma molécula de proteína, incluindo também, as ligações dissulfeto.
Interações por ligações de hidrogênio entre aminoácidos da mesma cadeia polipeptídica ou de cadeias diferentes fazem o filamento protéico se apresentar em configurações regulares produzindo a estrutura secundária.
Ligação de hidrogênio
a- hélice
Estrutura terciária
Resulta do dobramento da estrutura helicoidal sobre si mesma, devido à interações entre os radicais dos aminoácidos (ligações de hidrogênio,
ligações de enxofre, etc.)
Estrutura quaternária
Proteínas formadas por mais de uma
cadeia polipeptídica apresentam estrutura quaternária devido à associação das cadeias.
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Estrutura primária
É a ordem na qual os aminoácidos estão ligados por ligação covalente, incluindo ligações dissulfeto. 
A sequência de aminoácidos pode determinar a estrutura tridimensional de uma proteína, que por sua vez determina as propriedades da mesma . 
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Estrutura secundária
Interações por ligações de hidrogênio entre aminoácidos da cadeia polipeptídica fazem o filamento protéico adquirir formas estáveis como o enrolamento em forma de hélice ou a conformação de folha pregueada.
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Estrutura secundária :a-hélice
a) Ligações de hidrogênio estabilizam a estrutura da hélice
b) A hélice pode ser vista como uma formação empilhada de planos de
 peptídeos 
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Estrutura secundária: Folha b-pregueada
 
 
 Folha b-esqueleto é quase completamente estendido
 As ligações de hidrogênio, podem ser estabelecidas entre 
 átomos de uma mesma molécula (intracadeia) ou entre 
 átomos de cadeias polipeptídicas diferentes (intercadeia). 
Folha pregueada paralela:
cadeias polipeptídicas se estendem na mesma direção, isto é, estão alinhadas em termos de suas extremidades 
N-terminal e C-terminal.
Folha pregueada antiparalela:
cadeias polipeptídicas se estendem em direções opostas.
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Estrutura secundária: Folha b-pregueada
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Estrutura secundária: Folha b-pregueada
Forma tridimensional da disposição de uma folha-b antiparalela.
As cadeias não se dobram umas sobre as outras e estão em uma conformação totalmente estendida.
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Estrutura terciária
 
 
É a estrutura tridimensional de cada átomo na molécula da proteína.
Cadeias laterais e grupos prostéticos fazem parte da estrutura terciária.
Aminoácidos distantes na seqüência polipeptídica e que residem em diferentes tipos de estrutura secundária podem interagir dentro da estrutura completamente dobrada de uma proteína.
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Estrutura terciária
 
 
As interações ou ligações cruzadas que ocorrem entre os grupos R da cadeia lateral de aminoácidos são:
Ligações dissulfeto
Interações iônicas
Ligações de hidrogênio
 Interações hidrofóbicas
-S-S-
-COO----H3N-
+
-C=O ---H3N-
-CH3 H3C-
+
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Interações eletrostáticas entre cargas e dipolos 
 (interações iônicas) : ocorre entre as cadeias laterais de aa 
			 hidrofílicos carregados positivamente e
 negativamente.
 Ligação dissulfeto: ocorre entre aminoácidos cisteína de uma 
 mesma cadeia protéica ou de cadeias 
			 adjacentes.
 Ligações de hidrogênio: 1. Ocorre entre o H e o O dos grupos –				 NH e –C=0.
				 2. Ocorre entre cadeias laterais de 
 aminoácidos polares, carregados ou não.
 Interações hidrofóbicas: ocorre entre as cadeias laterais de 
 aminoácidos apolares.
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Ex. Estrutura terciária
 
 
Forças que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína
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Estrutura Quaternária
 
 
 Algumas proteínas contêm duas ou mais unidades 
 separadas de cadeias polipeptídicas.
 As subunidades ou monomeros podem ser iguais ou diferentes.
 As subunidades são mantidas juntas por interações
 não-covalentes fracas (hidrofóbicas, eletrostáticas)
 As subunidades se associam para formar dímeros, trímeros, 
 tetrameros, etc. 
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Estrutura quaternária
 Organização de duas ou mais cadeias polipeptídicas, que podem ou não estar associadas covalentemente.
Fig. as quatro cadeias polipeptídicas da proteína transportadora de oxigênio dos eritrócitos.
Hemoglobina
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Estrutura Quaternária
 
 
Exemplo: Hemoglobina
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HEMOGLOBINA
Proteína conjugada (CROMOPROTEÍNA) com grupo prostético = heme (porfirina combinada com o átomo de ferro) e parte proteica = globina 
É constituído por 4 anéis pirrólicos unidos entre si por pontes metínicas e ligados através de seus átomos de N a um átomo de ferro. 
A cadeia polipeptídica se liga ao átomo de ferro através do grupo imidazol do resíduo de histidina
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Globina: é formada por 4 cadeias polipeptídicas. A hemoglobina A do adulto normal é formada por 2 cadeias α, com 141 resíduos de aminoácidos e 2 cadeias β com 146.
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Derivados da hemoglobina:
Oxihemoglobina: é resultante da união do O2 com a Hb: transporte de O2 pelo sangue.
Carbaminohemoglobina: é resultante da união reversível da Hb com o CO2: transporte de CO2
Carboxihemoglobina: é resultante da união da Hb com o CO. Tóxica. A afinidade entre Hb e CO é 250 vezes maior do que a afinidade entre Hb e O2 .
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Anemia Falciforme:
Tipo anormal de Hb HbS devido mutação gênica. 
Um resíduo da cadeia β, o aminoácido valina, ocupa o lugar normalmente ocupado pelo ácido glutâmico;
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Anemia Falciforme:
Tipo anormal de Hb HbS devido mutação gênica. 
Um resíduo da cadeia β, o aminoácido valina, ocupa o lugar normalmente ocupado pelo ácido glutâmico;
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Inportância da estrutura primária
Exemplo: anemia falciforme
 Doença genética na qual as hemácias
 não conseguem ligar o oxigênio de 
 forma eficiente e assumem um
 formato de foice.
 Células falciformes tendem a se
 prender em pequenos vasos
 sanguíneos, cortando a circulação e
 danificando os orgãos. 
 O problema deriva da troca de um
 resíduo de aminoácidos da sequência 
 primária.
Células normais
 células em formado de foice
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aa carregado -
aa apolar
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OUTRAS CROMOPROTEÍNAS
Mioglobina: 
é o pigmento intracelular dos músculos.
O grupo prostético é o grupo heme. A parte proteica é composta por uma única cadeia polipeptídica.
Função: Armazenamento e difusão de O2 pelas células musculares
Citocromos:
São hemeproteínas intracelulares que participam do mecanismo das oxidações biológicas
O grupo prostético é o grupo heme, onde o átomo de Ferro sofre reações de oxi-redução. A parte proteica é composta por uma única cadeia polipeptídica.
São encontradas nas mitocôndrias.
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Proteínas fibrosas e proteínas globulares
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Proteínas Fibrosas
 Pouca ou nenhuma estrutura 
 terciária.
 Longas cadeias polipeptídicas
 paralelas.
 Ligações cruzadas em intervalos
 formam longas fibras ou folhas.
 Geralmente insolúveis.
 Muitas têm um papel estrutural.
 Por exemplo queratina no cabelo
 e na camada externa da pele,
 colágeno no tecido conhuntivo. 
 Proteínas globulares
Apresentam estruturas terciárias
 complexas e às vezes estruturas
 quaternárias.
 Dobram-se em formas esféricas
 (globulares).
 Geralmente solúveis com cadeias 
 laterais hidrofóbicas no centro da
 estrutura.
 Funções em reações
metabólicas.
 Exemplo: enzimas, hemoglobina no
 sangue, mioglobina. 
Proteína fibrosa : Colágeno
Proteína globular: hexoquinase
(catalisa a conversão da glicose em glicose-6P)
Bolso de ligação da glicose
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Fibroína da seda
Produzida por insetos e aracnídeos
Predomina conformação  pregueada antiparalela ricas em ala e gly
LIGAÇÕES FRACAS
FIBROÍNA
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Mioglobina
Aminoácidos hidrofóbicos
Proteína ligante de oxigênio presente nas células musculares
Armazena O2 e facilita sua difusão no tecido muscular em contração rápida
heme
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Desnaturação Proteica
É o desdobramento e a desorganização das estruturas secundárias e terciárias, sem que ocorra a hidrólise das ligações peptídicas. 
Conduz à perda de função biológica
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Agentes que provocam a desnaturação
Calor
Rompimento de interações não covalentes
Perda da conformação 
tridimensional
Perda de função biológica!
A perda da solubilidade é uma 
das características da albumina 
do ovo desnaturada pelo aquecimento.
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Solventes orgânicos
Detergentes
Rompimento das ligações de hidrogênio e das interações hidrofóbicas
Rompimento das interações hidrofóbicas
Agentes desnaturantes
		
	
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RENATURAÇÃO
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As proteínas desempenham uma surpreendente variedade de funções essenciais em organismos de mamíferos e podem ser agrupadas em funções dinâmicas e estruturais.
As funções dinâmicas incluem: transporte, controle metabólico, contração e catálise detransformações químicas. Enquanto as funções estruturais estão ligadas ao fornecimento de estrutura e forma aos tecidos ósseo e conjuntivo.
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