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1 AMINOÁCIDOS E PEPTÍDEOS PROTEÍNAS • do grego protos = primeiro • Moléculas mais complexas, abundantes e funcionalmente sofisticadas • Presentes em todas as células e em todas as partes da célula. “são os instrumentos moleculares pela qual a informação genetica é expressa” PROTEÍNAS • São construídas a partir do mesmo conjunto de 20 aminoácidos, ligados covalentemente em seqüências lineares características. • Cada aminoácido tem uma CADEIA LATERAL com propriedades químicas distintas. • Proteínas com propriedades e atividades extremamente diferentes: os mesmos 20 aminoácidos em várias combinações e seqüências distintas. A luz produzida pelo vaga-lumes é o resultado de uma reação envolvendo a proteína luciferina e ATP, catalisada pela enzima luciferase Eritrócitos contêm grandes quantidades da proteína hemoglobina que transporta oxigênio A proteína queratina, formada por todos os vertebrados, é o principal componente estrutural de cabelo, escamas, chifres, lã, unhas e penas. Arquitetura Protéica – Aminoácidos • As proteínas são polímeros de aminoácidos • Cada resíduo de aminoácido está associado a seu vizinho por um tipo específico de ligação covalente = ligação peptídica • 20 diferentes aminoácidos • Asparagina: primeiro a ser descoberto 1806. • Treonina: último a ser encontrado 1938 Aminoácidos - Nomenclatura • Nomenclatura trivial ou comum, em alguns casos, derivada da fonte de onde foi isolado pela primeira vez… Exemplos: • Asparagina: aspargos, • Glutamato: glúten de trigo; • Tirosina: queijo (tyros em grego = queijo); • Glicina (glykos grego = Doce) 2 Aminoácidos Compartilham Características Estruturais • Todos os 20 aminoácidos = α-aminoácidos • Um grupo carboxila e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (carbono α) Diferem entre si em suas cadeias laterais - grupos R-, que variam em estrutura, tamanho e carga elétrica, e que influenciam a solubilidade dos aminoácidos em água. Exceção: Prolina, um aminoácido cíclico Aminoácidos são designados por abreviaturas de três letras e símbolos de uma letra: Aminoácidos são designados por abreviaturas de três letras ou símbolos de uma letra: para indicar a composição e seqüência de aminoácidos polimerizados em proteínas. Estrutura polipeptídica • Duas convenções são utilizadas para identificar os carbonos em um aminoácido: 1- Os carbonos adicionais no grupo de R: β, γ, δ, ε, e assim por diante, procedendo do carbono α. 2- Os carbonos são numerados a partir de uma extremidade, onde C-1 = carbono carboxila e C-2 = carbono α. Aminoácidos - Características Estruturais • Em todos os aminoácidos comuns (exceto a glicina), o carbono α está ligado a quatro grupos diferentes: • Glicina: o grupo R é um outro átomo de hidrogênio. • O átomo de carbono é um centro quiral um grupo carboxila um grupo amino um grupo R um átomo de hidrogênio 3 • Arranjo tetraédrico dos orbitais em torno do átomo de carbono α os 4 grupos diferentes podem ocupar dois arranjos espaciais únicos • São imagens no espelho uma da outra e não são sobreponíveis: enantiômeros Aminoácidos - Características Estruturais os aminoácidos têm dois possíveis estereoisômeros D ou L • São diferenciados pelas letras D ou L, a depender da posição do grupo amino no carbono assimétrico se encontrar à direita D (destro) ou à esquerda (levo) • A estereoisomeria é de grande importância para seres vivos, pois muitas enzimas irão interagir somente com um estereoisômero particular Aminoácidos - Características Estruturais Série L = principal de proteínas* Duas convenções diferentes para representar as configurações de estereoisômeros no espaço: Fórmula de Projeção: presume-se que as ligações horizontais estendem-se para frente e as ligações verticais para trás. Aminoácidos - Características Estruturais Fórmula de Perspectivas: presume-se que as ligações sólidas estendem-se para frente e as ligações tracejadas para trás. Aminoácidos - Características Estruturais Os aminoácidos podem ser classificados pelo Grupo R • Agrupados em cinco classes principais com base nas propriedades dos grupos R, em particular, sua POLARIDADE • A polaridade dos grupos R varia muito, de apolares e hidrofóbicos até altamente polares e hidrofílicos. 4 Dentro de cada classe, existem gradações de polaridade, tamanho e forma dos grupos R Dentro de cada classe, existem gradações de polaridade, tamanho e forma dos grupos R Grupos R Apolares e Alifáticos • As cadeias laterais da alanina, valina, leucina, isoleucina tendem a se agrupar dentro das proteínas (interações hidrofóbicas): estabilizam a estrutura protéica Cadeia lateral formada basicamente por carbono e hidrogênio = apolar. Grupos R Apolares e Alifáticos • Glicina - estrutura mais simples! Embora seja apolar, sua cadeia lateral muito pequena não faz real contribuição para as interações hidrofóbicas. Grupos R Apolares e Alifáticos • Metionina, um dos dois aminoácidos contendo enxofre, tem um grupo tioéter apolar em sua cadeia lateral Prolina tem uma cadeia lateral alifática, com uma estrutura distinta cíclica. Redução na flexibilidade estrutural na região da cadeia polipeptídica que contém prolina Grupos R Aromáticos • Relativamente apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar de interações hidrofóbicas. • O grupo hidroxila da tirosina pode formar pontes de hidrogênio, e é um importante grupo funcional em algumas enzimas. Tirosina e triptofano são mais polares que fenilalanina 5 Grupos R Aromáticos • Triptofano e tirosina, e, fenilalanina, absorvem a luz ultravioleta . • Característica de absorção de luz pela maioria das proteínas no comprimento de onda 280 nm, uma propriedade explorada pelos pesquisadores na caracterização de proteínas. Absorção ~ 4X maior Grupos R polares e neutros • Solúveis em água (hidrofílicos) - possuem grupos funcionais que formam pontes de hidrogênio com água. Grupos R polares e neutros • A polaridade é fornecida por : Serina e Treonina: grupos hidroxila; Cisteína: grupo sulfidrila Asparagina e Glutamina: grupos amida. são facilmente hidrolisados por ácido ou base para formar aspartato e glutamato, respectivamente. Grupos R polares e neutros • Cisteína pode ser oxidada para formar um aminoácido dimérico ligado covalentemente: Cistina 2 resíduos de cisteína são unidos por uma ligação dissulfeto fortemente hidrofóbicas papel importante na estrutura de muitas proteínas: formam ligações covalentes entre partes de uma proteína ou entre duas cadeias polipeptídicas diferentes. Ligação ou ponte dissulfeto Grupos R positivos (básicos) • Os grupos R mais hidrofílicos são aqueles que são positivamente ou negativamente carregados. lisina – 2o grupo amino arginina - grupo guanidina histidina - grupo imidazol H+ 6 Em muitas reações catalisadas por enzimas, um resíduo de His facilita a reação, servindo como um doador / aceptor de próton. Único aminoácido com uma cadeia lateral ionizável com um pKa próximo da neutralidade (pH 7) Grupos R positivos (básicos) aspartato e glutamato: segundo grupo carboxila Grupos R negativos (ácidos) Apolares alifáticos + Aromáticos Aminoácidos Incomuns Além dos 20 aminoácidos comuns, proteínas podem conter resíduos criados por modificações de resíduos comuns já incorporados em um polipeptídeo. 4-hidroxiprolina 5-hidroxilisina 6–N-metillisina γ-carboxiglutamato desmosina Selenocisteína Aminoácidos Incomuns encontrado nas proteínas da parede celular vegetal e no colágeno, uma proteína fibrosa de tecidos conjuntivos. 4-hidroxiprolina Prolina Colágeno (tecido conjuntivo) Parede celular vegetal Aminoácidos Incomuns 5-hidroxilisina Lisina Encontrado no colágeno 7 Aminoácidos Incomuns 6–N-metillisina um componente de miosina, uma proteína do músculo Lisina Aminoácidos Incomuns γ-carboxiglutamato encontrado na proteína protrombina (coagulação do sangue) e em outras proteínas que ligam Ca2+ Glutamato Aminoácidos Incomuns Mais complexa, derivado de quatro resíduos de Lys É encontrado na elastina, uma proteína fibrosa. Desmosina Lisina Aminoácidos Incomuns • Aminoácido raro, é introduzido durante a síntese protéica ao invés de ser criado por uma modificação pós-traducional. • Contém selênio, em vez do enxofre da cisteína. • Derivada de serina, constituinte de apenas algumas proteínas conhecidas. Selenocisteína Cisteína Serina ~ 300 aminoácidos adicionais encontrados nas células com uma variedade de funções, mas não são constituintes de proteínas Intermediários na biossíntese de arginina e no ciclo da uréia. Ornitina Citrulina Aminoácidos Incomuns Aminoácidos - propriedades • Dissolvidos em água: íon dipolar ou zwitterion (do alemão íon híbrido); 8 Aminoácidos - propriedades • Aminoácidos podem ter um comportamento de ácido ou de base: anfólitos (substância anfotérica); Doador de próton Receptor de próton Aminoácidos - propriedades • Aminoácidos podem ter um comportamento de ácido ou de base: anfólitos (substância anfotérica); Base - Receptor de próton Ácido diprótico Doador de próton Anfólito: Doador e receptor de próton Alanina Glicina Aminoácidos Titulação ácido-base: adição gradual de bases Dois estágios distintos: desprotonação dos 2 grupos distintos da glicina Curva de Titulação: Forma diprótica da Glicina predomina a forma totalmente protonada Remoção do 1º próton está completa Aminoácidos Titulação ácido-base: fornece o pKa para cada um dos grupos ionizáveis: - 2,34 para o COOH - 9,60 para o NH3+ 2 Regiões tamponantes: Aminoácidos tamponam em diferentes pHs!!! Curva de Titulação: Forma diprótica da Glicina pKa • Análogo ao pH: • Quanto maior a tendência de dissociar um próton, mais forte o ácido e menor o pKa • Para cada aumento de 1 unidade de pKa: 10X tendência de dissociar um próton Aminoácidos O COOH da glicina é 100X mais ácido do que a COOH do ác. acético = maior facilidade em se ionizar 9 As cargas opostas do “zwitterion” resultante são estabilizadoras favorecendo a ionização Diminuição do pKa: devido a interações intramoleculares O pKa de qualquer grupo funcional é intensamente afetado pelo seu ambiente químico Relação entre carga líquida e o pH da solução • Glicina em pH 5,97: totalmente ionizada mas sem carga líquida • pH no qual a carga total = 0: ponto isoelétrico ou pH isoelétrico (PI) CARGA +1 0 -1 LÍQUIDA Relação entre carga líquida e o pH da solução • Em qualquer pH > PI: carga líquida negativa – atração pelo eletrodo positivo (ânodo) • Em qualquer pH < PI: carga líquida positiva – atração pelo eletrodo negativo (cátodo) • Qto mais afastado o pH do PI, maior a carga líquida CARGA +1 0 -1 LÍQUIDA pH 1 +1 pH 2,34: carga 0,5 Aminoácidos diferem em suas propriedades ácido-básicas: Todos os aa com1 grupo amino, 1 grupo carboxila e 1 grupo R não ionizável: Curvas de titulação semelhantes à glicina: pKa COOH: 1,8 a 2,4 pKa NH3+: 8,8 a 11,0 Aminoácidos diferem em suas propriedades ácido-básicas: aa com grupo R ionizável: 3 estágios = 3 possíveis ionizações = 3 pKa 10 +1 0 -1 -2 +2 +1 0 -1 • PI reflete o tipo de grupo R • Glutamato: 2 COOH, cada uma contribuindo com -1 • PI = 3,22 • PI reflete o tipo de grupo R • Histidina: 2 grupos +, cada um contribuindo com +1 • PI = 7,59 Aminoácidos diferem em suas propriedades ácido-básicas: Em meio fisiológico, apenas a histidina tem grupo R capaz de exercer função de tampão pKa = 6,0 Peptídeos Peptídeos e proteínas: Polímeros de resíduos de aminoácidos Na ligação peptídica a amina de um aminoácido se liga à carboxila de outro através de uma lig. covalente, com liberação de 1 molécula de água Reação de condensação Peptídeos e proteínas • Dipeptídeos: 2 aa • Tripeptídeos: 3 aa • Tetrapeptídeos: 4 aa • Pentapeptídeos: 5 aa • Oligopeptídeos: compostos de 2 a 12 aa. • Polipeptídeos: compostos de 13 ou mais aa. • Proteínas são polipeptídeos lineares geralmente sintetizados nos ribossomos Peptídeos e proteínas • Apenas 1 grupo amino e 1 grupo carboxila LIVRES = ionizáveis • Grupos R de alguns aa podem se ionizar! Peptídeos se ionizam da mesma forma que os aminoácidos livres Pentapeptídeo 11 Carga líquida de peptídeos • Comportamento ácido- básico de um peptídeo é determinado a partir de seus grupos amino e carboxila livres e da NATUREZA dos grupos R ionizáveis • Propriedades exploradas em técnicas de separação / isolamento Carga líquida de peptídeos Exercício: Qual a carga líquida deste tetrapeptídeo… … em pH=3? … em pH=12? Em que faixa de pH ele terá carga neutra? Peptídeos são fisiologicamente ativos •200X mais doce que o açúcar •Relação com fenilcetonúria •Se um dos L-aminoácidos for substituído por um D, terá sabor amargo. Aspartame (dipepetídeo) Asp-Phe TAMANHO NÃO É DOCUMENTO! Muitos peptídeos pequenos exercem seus efeitos em concentrações muito pequenas • Hormônios de vertebrados Oxitocina (9 aa): contrações uterinas Bradicinina (9 aa): inibe inflamação Hormônio liberador de tireotrofina (3 aa) Vasopressina (9 aa): aumenta a pressão sanguínea, antidiurético Glutationa (tripepetídeo) Glu-Cys-Gly Agente protetor oxidativo Encefalinas - pentapeptídeos • Inibidor da dor • Somente aa terminal muda • Semelhanças 3D com opiáceos (ex. morfina) 12 Pequenos polipeptídeos e oligopeptídeos Insulina - 2 cadeias polipeptídicas 30aa 21 aa Glucagon – 29 resíduos Corticotropina (ACTH) – 39 resíduos: estimula a secreção de cortisol
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