A Quimica dos Aminoácidos e peptídeos

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Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde
Departamento de Fisiologia
Apostila
A química dos aminoácidos e peptídeos
Professor: Paulo de Tarso Gonçalves Leopoldo
São Cristóvão,
2016
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I - Tema Central: Aminoácidos e Peptídeos.
II - Duração: 4 horas/aulas
III - Estratégia: Aula Expositiva
IV - Meta:
Introduzir o estudo do conhecimento das estruturas e das propriedades químicas dos aminoácidos e peptídeos.
V Objetivos específicos
Ao final desta aula você será capaz de:
1. Reconhecer algumas das funções biológicas dos aminoácidos; 
2. Descrever a estrutura química dos aminoácidos; 
3. Representar os aminoácidos com abreviaturas de uma e de três letras; 
4. Reconhecer a natureza dipolar dos aminoácidos; 
5. Descrever a propriedade anfotérica dos aminoácidos;
6. Classificar os aminoácidos segundo a polaridade de suas cadeias laterais;
7. Classificar aminoácidos de acordo com as suas necessidades nutricionais;
8. Diferenciar aminoácidos derivados ou especiais de aminoácidos padrões;
9. Descrever a estereoquímica dos aminoácidos;
10. Descrever a formação da ligação peptídica;
11. Descrever a formação de peptídeos;
12. Reconhecer alguns peptídeos de ocorrência biológica
VI - Conteúdo Programático:
1. Introdução.
2. Estrutura geral e nomenclatura dos aminoácidos.
3. Os aminoácidos são moléculas dipolares. 
4. Classificação dos aminoácidos.
4.1 Baseada na polaridade da cadeia lateral.
4.2 Baseada nas suas necessidades na alimentação.
5. Aminoácidos especiais.
6. Estereoquímica dos aminoácidos 
7. Peptídeos
 7.1 Peptídeos de importância biológica
VII Pré-requisito: 
 Para acompanhar esta aula você deverá estudar ou rever conceitos de química abordados nas aulas Introdução à Bioquímica e a Química da Água.
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Capítulo 3
A química dos aminoácidos e peptídeos
1. Introdução
Os aminoácidos são moléculas orgânicas formadas por um grupo amino (-NH2), uma carboxila (COOH), um átomo de hidrogênio (H) e uma cadeia lateral (grupo R) ligados ao carbono alfa. São os blocos constitutivos de peptídeos e proteínas e apresentam diversas funções biológicas (figura 1) tais como:
São as unidades estruturais das proteínas e peptídeos;
São componentes estruturais dos glicerofosfolipídios, uma das classes de lipídios das membranas biológicas, como o aminoácido serina, grupo polar da fosfatidilserina;
Precursores na síntese de moléculas. Alguns aminoácidos são precursores na síntese de moléculas complexas contendo nitrogênio. Exemplos incluem as bases nitrogenadas componentes dos nucleotídeos e ácidos nucléicos, o heme (grupo orgânico contendo ferro) e clorofila (pigmento de importância crítica na fotossíntese).
Fonte de grupos metila (-CH3) em reações de metilação. S-Adenosilmetionina, um derivado da metionina, transfere grupos metilas em reações de metilação.
São componentes de coenzimas. O aminoácido (-alanina que é encontrada na coenzima A.
Intermediários metabólicos. Vários aminoácidos atuam como intermediários metabólicos como arginina, citrulina e ornitina componentes do ciclo da uréia. A síntese da uréia, uma molécula formada no fígado, é o principal mecanismo de excreção do excesso de nitrogênio proveniente do catabolismo dos aminoácidos.
Neurotransmissores. Alguns aminoácidos ou seus derivados atuam como mensageiros químicos entre as células. Por exemplo, glicina, glutamato, arginina, ácido γ-aminobutírico (GABA, um derivado do glutamato) e triptofano são neurotransmissores, substâncias liberadas de uma célula nervosa e que influenciam outras células vizinhas (nervosas ou musculares). O gaba é sintetizado a partir da descarboxilação do glutamato, por ação da enzima glutamato descarboxilase. Consiste no principal neurotransmissor inibitório do Sistema Nervoso Central, mediando as ações inibidoras dos interneurônios locais no cérebro, podendo mediar a inibição pré-sináptica dentro da medula espinhal. Também atua dentro do córtex cerebral e entre o núcleo caudado e a substância negra.
Precursores de hormônios. A tiroxina (um derivado da tirosina produzida pela glândula tireóide) e o ácido indolacético (um derivado do triptofano e encontrado nas plantas) são exemplos de hormônios.
Figura 1. Algumas funções biológicas dos aminoácidos.
 
2. A estrutura geral dos aminoácidos
Todos os 20 aminoácidos encontrados nas proteínas são (-aminoácidos. Eles são formados por um grupo amino (NH2), um grupo carboxila (COOH), um átomo de hidrogênio (H) e uma cadeia lateral (radical ou grupo R), ligados a um átomo de carbono denominado carbono α. Os aminoácidos diferem entre si apenas na natureza do grupo químico das suas cadeias laterais (figuras 2a e 2b). Os aminoácidos em pH 7,0 são encontrados na forma ionizada, isto é, o grupo carboxila com carga negativa e o grupo amino com carga positiva. Essa forma apresenta tanto um grupo ácido (+NH3), como um grupo básico (COO-), sendo denominada íon dipolar, zwitterion ou íon híbrido (figura 2b). Formas que apresentam grupos ácidos e básicos nas suas estruturas são denominadas anfólitos.
Figura 2: a) Estrutura geral dos aminoácidos. Esta estrutura é comum a todos os (-aminoácidos das proteínas, exceto a prolina, um aminoácido cíclico. O grupo R, ou cadeia lateral ligada ao carbono ( é diferente em cada um dos aminoácidos b) zwitterion ou íon híbrido, forma ionizada do aminoácido em pH 7,0 ou ambiente aquoso.
Os vinte aminoácidos mais comumente encontrados em proteínas são denominados aminoácidos primários ou padrões. Esses aminoácidos são produzidos a partir de uma informação genética contida na molécula do DNA (o DNA será assunto abordado na aula Estruturas e funções dos nucleotídeos). Os carbonos adicionais das cadeias laterais dos aminoácidos são designados pelas letras gregas (, (, (, ( etc., e são assim nomeados a partir do carbono ( (figura 3). O carbono do grupo carboxila (COOH) de um aminoácido é o carbono 1 (C-1), o carbono ( é o carbono 2 (C-2), o carbono β é o C-3, o carbono ( o C-4, e assim sucessivamente. Em alguns casos, tais como nos aminoácidos com grupos R heterocíclicos, o sistema que utiliza letras gregas é ambíguo e, por esse motivo, utiliza-se a convenção numérica. 
Figura 3. Numeração orgânica dos carbonos dos aminioácidos que utilizam tantos numerais quanto letras gregas. O carbono α de todos os aminoácidos é o carbono 2. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
2.1 A natureza dipolar dos aminoácidos
A natureza cristalina dos aminoácidos é demonstrada por seus altos pontos de fusão e de ebulição. Essas propriedades não são observadas entre as moléculas orgânicas. As moléculas orgânicas não formam estruturas cristalinas nem apresentam altos pontos de fusão ou de ebulição. Como exemplo disso podemos relacionar as propriedades físicas de duas moléculas orgânicas a alanina, um aminoácido cristalino, e o ácido propiônico, um ácido orgânico volátil. Apesar de apresentarem valores aproximados de peso molecular (alanina 89 e o ácido propiônico 74), os seus pontos de fusão são de 314◦C para a alanina e de -20,8 ◦C para o ácido propiônico (Figura 4). A origem dessas diferenças e as propriedades únicas de aminoácidos são explicadas pela natureza iônica e dipolar dessas moléculas.
Figura 4. Diferenças entre os pesos moleculares (PM) e os pontos de fusão (pf) do aminoácido alanina e do ácido propiônico.
Os aminoácidos são mantidos unidos em uma estrutura cristalina por interações iônicas e essas forças relativamente fortes contribuem para suas elevadas temperaturas de fusão e de ebulição. Grupos químicos eletricamente carregados também são responsáveis pela condutividade elétrica em soluções aquosas (os aminoácidos são eletrólitos), sua solubilidade em água relativamente alta e o momento dipolar associado grande material cristalino. Consequentementeos aminoácidos são representados melhores como moléculas carregadas que se cristalizam a partir de soluções contendo íons dipolares. Esses íons dipolares são chamados Zwitterion (figuras 2b e 4). Um zwitterion pode agir tanto como um ácido (doador de prótons) ou como uma base (receptor de prótons). As substâncias que exibem esta dupla natureza são ditas anfóteras ou anfólitos. Um (-aminoácido simples monocarboxílico (apresentando apena um grupo carboxila – COOH) como a alanina, é na realidade um ácido diprótico, quando está totalmente protonado - apresenta dois grupos protonados, o grupo -COOH e o grupo -NH3 + , que podem se ionizar para liberar prótons (figura 5).
Figura 5. Ionização de um aminoácido diprótico
3. Nomenclatura dos aminoácidos
Os aminoácidos são denominados com nomes comuns de acordo com três critérios, a saber: 1) a fonte a partir da qual eles foram, pela primeira vez, obtidos na forma pura, como a tirosina, (tyros, do grego, que significa queijo) nomeada assim por ter sido obtida do queijo. A asparagina, por que foi obtida do aspargo; 2) uma característica química do aminoácido, como por exemplo a fenilalanina, denominada assim por apresentar um grupo fenil ligado ao aminoácido alanina e 3) uma propriedade do aminoácido, como por exemplo a glicina, que recebe esse nome, por ter o sabor doce, lembrando os glicídios (açúcares). 
A maioria dos aminoácidos tem seus nomes terminados com o sufixo “ina”, como: prolina, glicina, alanina asparagina, etc. Outros têm nomes terminados em “ano”, como o triptofano e em “ico”, como o ácido aspártico e o ácido glutâmico. O ácido aspártico e o ácido glutâmico em suas formas ionizadas, apresentam carga líqüida negativa, são nomeados aspartato e glutamato, respectivamente, uma vez que a terminação “ato” é usada para designar os ácidos carregados negativamente. 
A tabela 1 lista os 20 aminoácidos padrões, acompanhados das abreviaturas de uma e de três letras. Essas abreviaturas são utilizadas para descrever de forma prática a seqüência de aminoácidos de proteínas. A regra seguida na abreviatura de três letras da maioria dos aminoácidos consiste em escrever as três primeiras letras iniciais do seu nome em inglês. A abreviatura de uma letra é usada em textos científicos quando se quer comparar as seqüências de aminoácidos de diversas proteínas. Essa abreviatura é feita, para a maior parte dos aminoácidos, usando a primeira letra do nome do aminoácido correspondente. Alguns têm símbolos que não têm nenhuma relação com os seus nomes, como por exemplo, o triptofano e a lisina, que são representados por W e K, respectivamente. Como já existem dois aminoácidos representados pelas letras L, leucina e T, treonina, convencionou-se representar a lisina com a letra K e o triptofano com a letra W.
 Tabela 1: Nome e Abreviatura dos Aminoácidos
	Aminoácido
	Abreviatura de três letras
	Abreviatura de uma letra
	Alanina
	Ala
	A
	Arginina
	Arg
	R
	Asparagina
	Asn
	N
	Ácido aspártico
	Asp
	D
	Ácido glutâmico
	Glu
	E
	Cisteína
	Cys
	C
	Glicina
	Gly
	G
	Glutamina
	Gln
	Q
	Histidina
	His
	H
	Isoleucina
	Ile
	I
	Leucina
	Leu
	L
	Lisina
	Lys
	K
	Metionina
	Met
	M
	Fenilalanina
	Phe
	F
	Prolina
	Pro
	P
	Serina
	Ser
	S
	Tirosina
	Tyr
	Y
	Treonina
	Thr
	T
	Triptofano
	Trp
	W
	Valina
	Val
	V
4. Classificação dos aminoácidos quanto à polaridade da cadeia lateral (R)
Os aminoácidos são classificados de acordo com a polaridade da sua cadeia lateral em apolares (ou hidrofóbicos), polar neutro (ou hidrofílico), polar com carga negativa (ou ácidos) e polar com carga positiva (ou básicos). A polaridade é a capacidade de um grupo químico se solubilizar em água por interagir com ela por pontes de hidrogênio ou por formação de uma camada de solvatação ou hidratação. Como os aminoácidos apolares só apresentam hidrocarboneto em sua cadeia lateral, não são solúveis em água. Os aminoácidos polares, por apresentar grupos OH, SH, NH e C=O, são solúveis em água. Os aminoácidos polares solubilizam-se na água, através da formação de pontes de hidrogênio Os aminoácidos básicos apresentam carga líquida positiva no pH 7,0, enquanto os aminoácidos ácidos apresentam carga líquida negativa no pH 7,0, permitindo a esses aminoácidos formarem uma camada de hidratação, quando adicionados à água, portanto, hidrofílicos.
4.1 Aminoácidos apolares ou hidrofóbicos. Os grupos R nesta classe de aminoácidos são apolares ou hidrofóbicos (figura 6). São formados em sua maioria por grupos hidrocarbonetos ou átomos com valores de eletronegatividade próximos do carbono e hidrogênio. As volumosas cadeias laterais de alanina, valina, leucina e isoleucina, com suas formas características, são importantes na estabilização da estrutura das proteínas pela promoção de interações hidrofóbicas em seu interior, como também em alguns casos causam impedimento estérico, ou seja, impedimento esse devido à proximidade desses grupos químicos grandes numa cadeia polipeptídica. Valina, leucina e isoleucina são aminoácidos de cadeia lateral ramificada. 
Figura 6. Aminoácidos apolares ou hidrofóbicos apresentam em sua cadeia lateral (R) hidrocarbonetos ou átomos com baixo valor de eletronegatividade.
4.2 Aminoácidos polares ou polares neutros. Os grupos R destes aminoácidos são hidrofílicos, ou solúveis em água. Isso se deve aos grupos funcionais de suas cadeias laterais que formam pontes de hidrogênio com a água. Esta classe de aminoácidos inclui serina, treonina, cisteína, asparagina, tirosina, glutamina e glicina. A polaridade da serina e da treonina é devido aos seus respectivos grupos hidroxila; a da cisteína ao seu grupo sulfidrila e a polaridade da asparagina e da glutamina aos seus grupos amida. A prolina possui uma estrutura cíclica distintiva e é apenas moderadamente polar. O grupo amino secundário (imino) dos resíduos de Pro é mantido numa configuração rígida que leva a uma redução na flexibilidade estrutural de regiões polipeptídicas contendo prolina. Asparagina e glutamina são amidas de dois outros aminoácidos também encontrados em proteínas, aspartato e glutamato, respectivamente, aos quais são facilmente hidrolisadas por ácidos ou bases (Figura 7). A glicina é o aminoácido de estrutura mais simples. Embora seja formalmente apolar, sua cadeia lateral pequena (apresenta um átomo de hidrogênio) não contribui efetivamente para a existência de interações hidrofóbicas (Figura 7).
Figura 7. Aminoácidos polares. Os aminoácidos polares apresentam em sua cadeia lateral grupos químicos que interagem com a água por pontes de hidrogênio. 
4.3 Aminoácidos polares básicos (com carga líquida positiva) no pH 7,0. Os aminoácidos cujos grupos R apresentam carga positiva líquida em pH 7,0 são denominados aminoácidos básicos. Dessa classe fazem parte lisina, arginina e histidina. 
Lisina. É um aminoácido essencial e tem como caaracterítica que o diferencie dos outros aminoácidos básicos um segundo grupo amino protonado na posição ( (ou carbono 6) da sua cadeia alifática.
Arginina tem um grupo carregado positivamente (o grupo guanidino). A arginina, um aminoácido semi essencial. É também um precursor de óxido nítrico, em que seu grupo guanidino sofre reação química em presença da óxido nítrico sintase 2 (NOS 2), produzindo o óxido nítrico, que dentre suas inumeráveis funções, atua como vasodilatador, relaxante muscular, agente antimicrobiano, entre outras.
Histidina contém um grupo imidazol, sendo o único aminoácido primário que possui uma cadeia lateral com um pKa próximo da neutralidade. Em muitas reações catalisadas por enzimas, um resíduo de histidina facilita a reação ao servir como um doador ou aceptor de prótons (figura 8). 
Destacamos ainda que as histonas são nucleoproteínas, ricas em aminoácidos básicos arginina e lisina. As histonas não contem histina. A importância desses aminoácidos nas histonas é que suas cargas positivas permitem a ligação de histonascom os grupos fosfatos do DNA, carregados negativamente. As histonas são proteínas fundamentais no empacotamento do DNA.
4.4 Aminoácidos polares ácidos (com carga líquida negativa) no pH 7,0. Os aminoácidos ácidos aspartato e glutamato apresentam grupos R com carga líquida negativa em pH 7,0; cada um deles possui na cadeia lateral um segundo grupo carboxila (COOH) ionizado (COO-) em pH 7,0 (figura 8).
Figura 8. Aminoácidos ácidos e básicos. Os aminoácidos ácidos glutamato e aspartato apresentam carga líquida negativa no pH 7,0, enquanto os aminoácidos básicos arginina, histidina e lisina apresentam carga líquida positiva. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
5. Aminoácidos aromáticos
Os aminoácidos que apresentam em sua cadeia lateral um grupo fenil são denominados aminoácidos aromáticos, que são tirosina, triptofano e fenilalanina (figura 9). Os aminoácidos fenilalanina e triptofano com suas cadeias laterais aromáticas são apolares (hidrofóbicos), enquanto a tirosina é polar (hidrofílico). O grupo hidroxila da tirosina pode formar pontes de hidrogênio e por isso atua como um grupo funcional importante na atividade de algumas enzimas. O triptofano é significativamente mais polar do que a fenilalanina devido ao seu nitrogênio do anel indol.
Os aminoácidos triptofano e tirosina promovem a absorção de luz na região ultravioleta (200 a 300nm) do espectro. Este fato é o responsável pela forte e característica absorbância da luz pelas proteínas no comprimento de onda de 280nm e é uma propriedade muito explorada pelos pesquisadores tanto na caracterização quanto na quantificação de proteínas em líquidos.
Figura 9. Os aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina e triptofano apresentam em sua cadeia lateral o grupo funcional fenil ou anel aromático. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
6. Classificação dos aminoácidos quanto as suas necessidades nutricionais
De acordo com as necessidades nutricionais os aminoácidos são classificados em essenciais e não essenciais (tabela 2). 
6.1 Aminoácidos essenciais. Esses aminoácidos não são sintetizados pelas células de uma organismo e por isso devem ser obtidos da alimentação. Cerca de dez dos aminoácidos padrões são reunidos neste grupo (tabela 2), indicando que os mamíferos requerem cerca de metade dos aminoácidos em sua dieta para o crescimento e manutenção do balanço de nitrogênio normal. 
Os aminoácidos não essenciais não precisam de ser fornecidas na dieta, uma vez que eles podem ser sintetizados em quantidades adequadas pelas células de um organismo. São também em número de 10, como são destacados na tabela 2. 
Tabela 2: Aminoácidos essenciais e não-essenciais
	Aminoácidos essenciais
	Aminoácidos não essenciais
	Triptofano
	Glutamato
	Valina
	Glutamina
	Treonina
	Prolina
	Fenilalanina
	Aspartato
	Isoleucina
	Asparagina
	Metionina
	Alanina
	Histidina
	Glicina
	Arginina
	Serina
	Lisina
	Tirosina
	Leucina
	Cisteína
7. Aminoácidos derivados ou especiais
Os aminoácidos derivados ou especiais são formados a partir de um dos 20 aminoácidos padrões ou primários e são encontrados em certas proteínas. Esses aminoácidos resultam de modificações químicas sofridas por um dos aminoácidos primários após a síntese da cadeia polipeptídica. Como esses aminoácidos derivados não apresentam um códon para que ocorra sua síntese nos ribossomos, essas modificações químicas são denominadas mudanças pós-tradução. 
7.1 Cistina. A cistina é um aminoácido derivado encontrado em muitas proteínas da matriz extracelular ou que estejam voltadas para esse compartimento aquoso, como por exemplo, algumas proteínas das membranas biológicas. A cistina é formada a partir da oxidação de duas moléculas de cisteína (figura 10).
 
Figura 10. Formação de cistina a partir da oxidação de duas moléculas de cisteína. Duas cisteínas são oxidadas no grupo sulfidrila (SH) formando uma ligação covalente denominada ligação dissulfeto (S-S) Fonte: Nelson e Cox, 2002.
O aminoácido (-carboxiglutâmico, cuja função é ligar o cálcio, é encontrado na proteína da coagulação sangüínea, a protrombina. O aminoácido 4-hidroxiprolina, derivado da prolina, e a 5-hidroxilisina, derivado da lisina, são encontrados no colágeno, proteína fibrosa, que desempenha uma função estrutural. 6-N-metilisina é encontrado na miosina, proteína da contração muscular (figura 11). 
Desmosina e isodesmosina são aminoácidos derivados formados a partir da reação de quatro moléculas de lisina. A elastina, uma proteína de propriedade elástica, é rica em desmosina e isodemosina. Esses aminoácidos têm importância fundamental na atividade biológica dessa proteína, pois são eles que conferem a ela elasticidade, uma vez que esses aminoácidos interligam cadeias polipeptídicas (figura 11).
Figura 11. Estruturas químicas dos aminoácidos derivados ou especiais. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
7.1 Aminoácidos não protéicos ou metabólitos. Cerca de 300 aminoácidos adicionais foram encontrados nas células apresentando uma gama ampla de funções biológica. Esses aminoácidos não entram na formação da estrutura protéica. A ornitina e a citrulina (Figura 12) merecem uma nota especial, porque são intermediárias importantes na biossíntese da arginina e no ciclo da uréia, sendo, portanto metabólitos, substâncias que atuam numa via metabólica.
Figura 12. Estruturas dos aminoácidos metabólicos (metabólitos) ornitina e citrulina, envolvidos na síntese de arginina e no ciclo da uréia. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
8. Estereoquímica dos aminoácidos
8.1 Moléculas assimétricas e isômeros ópticos
O conhecimento da estrutura tridimensional de uma molécula, ou seja, da sua forma, é de importância fundamental uma vez que a função biológica que essa molécula apresenta dependerá do arranjo tridimensional dos seus átomos. A estereoquímica é a parte da Química que estuda o arranjo espacial dos átomos nas moléculas. Para compreendermos a estereoquímica dos aminoácidos, iniciaremos esse tópico conceituando alguns termos como: carbono assimétrico ou carbono quiral, carbono simétrico ou carbono aquiral. Carbono assimétrico ou carbono quiral é o carbono que faz ligação com quatro grupos químicos diferentes. O carbono simétrico ou carbono aquiral faz ligação com pelo menos dois grupos químicos idênticos. A maioria dos aminoácidos apresentacarbono assimétrico, sendo a glicina a única exceção. Como a cadeia lateral da glicina é um átomo de hidrogênio, esse aminoácido apresenta um carbono simétrico (figura 13).
Figura 13. Estruturas dos aminoácidos glicina e alanina. 
8.2 Conceito de enantiômeros ou isômeros ópticos 
As moléculas que apresentam em suas estruturas carbono quiral podem apresentar enantiômeros ou isômeros ópticos. Os enantiômeros são imagens especulares (ou do espelho) que não se sobrepõem (Figura 14). Os enantiômeros têm em comum as mesmas propriedades químicas e quase todas as propriedades físicas, distinguindo-se entre si apenas pela maneira como desviam a luz plano polarizada num equipamento denominado polarímetro (equipamento que serve para medir esse desvio). A luz plano polarizada é o feixe de luz no qual todos os raios dela vibram paralelos a um mesmo plano. O isômero óptico que desvia a luz para a direita é dextrorrotatório e o que a desvia para a esquerda é levorrotatório 
Figura 14 - Isômeros ópticos. Os isômeros ópticos são imagens especulares não superpostas. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
8.3 Distinção entre os termos Configuração e Configuração Absoluta de Moléculas Assimétricas
O termo configuração relaciona-se ao arranjo espacial dos átomos em uma molécula assimétrica. Em termos práticos, a configuração é a estrutura tridimensional (a forma) de moléculas assimétricas. Emprega-se o termo configuração absoluta de uma molécula para se referir a sua estrutura tridimensional quando comparada à configuração dos isômeros D e L- do gliceraldeído,que são usados como padrões na determinação de configuração de qualquer molécula orgânica. Para se determinar a configuração absoluta dos aminoácidos, é necessário desenhar a sua estrutura utilizando a projeção em perspectiva (Figura 15). 
Na projeção em perspectiva, os triângulos tracejados indicam os átomos que estão para trás do plano dessa folha e os triângulos pretos representam os átomos projetados acima do plano dessa folha (Figura 15). O grupo carboxila (COOH) é posicionado na parte superior da molécula, na mesma posição do grupo aldeído (CHO) do gliceraldeído. O grupo amino (NH2) e o átomo de hidrogênio (H) localizam-se no plano horizontal da molécula e a cadeia lateral na parte inferior. Se o grupo amino (NH2) estiver para o lado direito, coincidindo com a mesma posição da hidroxila (OH) no D-gliceraldeído, diz-se que a configuração do aminoácido é D; se o grupo amino (NH2) estiver para a esquerda, coincidindo com a mesma posição da hidroxila (OH) no L-gliceraldeído, a configuração será L (Figura 15). A maioria dos aminoácidos encontrados em proteínas apresenta configuração absoluta L, excetuando-se a glicina que não tem carbono assimétrico.
Figura 15. Determinação da configuração absoluta dos aminoácidos em relação ao D e L gliceraldeído. Nessas fórmulas em perspectiva, os carbonos são alinhados verticalmente, com o átomo quiral no centro. Os carbonos nessas moléculas são numerados iniciando-se pelo grupo aldeído (do gliceraldeído) ou a carboxila de uma extremidade (do aminoácido alanina) de 1 a 3 de cima para baixo, conforme mostrado. Quando apresentado desta forma, o grupo R do aminoácido (neste caso, o grupo metila da alanina) está sempre abaixo do carbono (. Os L-aminoácidos apresentam o (-aminogrupo à esquerda e os D-aminoácidos à direita.
8.4 Distinção entre Configuração Absoluta e o desvio da luz plano polarizada
Convém destacar que as letras maiúsculas D e L que antecedem os nomes dos aminoácidos não se referem ao desvio da luz plano polarizada, mas, à configuração absoluta dessas moléculas. Portanto, deve ser evitado o freqüente equívoco de fazer associação entre essas letras e o desvio da luz plano polarizada. Para se referir ao desvio da luz plano polarizada são utilizados os símbolos (+), para dextrorrotatório e (-) para levorrotatório, escritos após as letras D e L, seguido do nome do aminoácido. Por exemplo, aminoácido L (-) serina, apresenta configuração absoluta L e é levorrotatório, enquanto L (+) serina, apresenta configuração absoluta L e é dextrorrotatório.
8.5 Motivos que explicam a assimetria dos aminoácidos
A configuração das moléculas enquanto estruturas assimétricas é explicada por duas razões principais: 
1. A enorme diversidade de formas percebidas na natureza somente poderia ser possível com moléculas assimétricas. Se as biomoléculas fossem simétricas, teríamos um mundo pobre em formas, previsível e monótono, enfim, sem a riqueza da diversidade observada na biosfera. 
2. As moléculas que entram na composição da matéria viva, na sua grande maioria, não estão isoladas no ambiente celular. Elas interagem entre si e essa interação ocorre com o encaixe de uma molécula com uma outra através da complementaridade de suas formas. A forma da molécula é determinada por sua estrutura assimétrica e tal configuração é que possibilita a relação de complementaridade que existe entre elas. 
A maioria dos aminoácidos encontrados em proteínas apresenta configuração absoluta L (com exceção da glicina), e isto, pode ser, em parte, explicado pela propriedade estereospecífica das enzimas, denominada estereoespecificidade. A estereoespecificidade é uma propriedade cognitiva, que permite às moléculas reconhecer outras moléculas de acordo com as suas formas. Assim, uma proteína como uma enzima pode distinguir entre duas moléculas bastante semelhantes como os D- e L- aminoácidos. 
As enzimas são as unidades funcionais do metabolismo, catalisando reações de síntese ou de quebra de moléculas na célula. Então, como a estrutura do sítio ativo das enzimas é formada por aminoácidos assimétricos, ela tem uma informação que faz com que sintetizem apenas os aminoácidos com configuração L. Outra explicação para a configuração absoluta dos aminoácidos ser da série L, é que, se a formação das estruturas protéicas ocorresse com misturas de D e L aminoácidos, haveria uma ruptura da sua estrutura regular. Um dos princípios gerais observados na organização das biomoléculas é de que as suas subunidades apresentam a mesma orientação espacial e de serem complexas e organizadas, portanto, desordem no plano molecular não é compatível com a vida. 
Os aminoácidos com configuração absoluta D não são encontrados em proteínas, mas são comuns em certos peptídeos bacterianos, tomando parte da parede celular. Os D-aminoácidos são produzidos a partir de modificação enzimática sofrida pelos L-aminoácidos. Os D-aminoácidos na parede celular bacteriana conferem a essa estrutura uma resistência aumentada à ação das enzimas hidrolíticas, porque esses aminoácidos não são substratos das peptidases, enzimas que clivam peptídeos. 
9. Peptídeos
9.1 Formação dos peptídeos
Os peptídeos são cadeias pequenas de aminoácidos, que podem ser formados pela reação dos aminoácidos, ou pela hidrólise de proteínas. O grupo carboxila (-COOH) de um aminoácido reage com o grupo amino (-NH2) de outro aminoácido, produzindo uma ligação covalente denominada ligação peptídica (figura 16). Uma unidade de aminoácido na cadeia polipeptídica é denominado resíduo devido à perda de uma hidroxila pelo grupo carboxila de um aminoácido e a eliminação de um átomo de hidrogênio pelo grupo amino.
Figura 16. Formação de um peptídeo. O grupo carboxila (COOH) de um aminoácido reage com um grupo amino (NH2) de outro aminoácido, com eliminação de H2O, produzindo uma ligação covalente denominada ligação peptídica. Fonte: Nelson e Cox, 2002.
9.2 A geometria da ligação peptídica
Linus Pauling e Robert Corey trabalhando com di e tripeptídeos, através da técnica de difração de raios X descreveram a configuração da ligação peptídica fazendo as seguintes conclusões:
O comprimento da ligação covalente C-N da ligação peptídica é de cerca de 0,132 nm, comprimento esse intermediário entre o da ligação simples (0,140nm) e dupla (0,124nm). 
Os grupos químicos em torno da ligação peptídica (C(-C-N-C() são coplanares;
A disposição do oxigênio ligado ao carbono (C=O) é trans em relação ao hidrogênio bem como os C(1 e o C(2 (figura 17); 
A ligação peptídica é rígida, ou seja, não há rotação entre os átomos de C-N. Esse caráter parcial de dupla ligação da ligação peptídica impõe uma restrição à rotação em torno da ligação C-N.
Figura 17. Configuração trans da ligação peptídica. O carbono da ligação peptídica é representado pela esfera preta no centro da figura ligado ao oxigênio (esfera rosa), o nitrogênio pela esfera azul e o hidrogênio pela esfera cinza.
Esse caráter parcial de dupla ligação apresentado pela ligação peptídica, conferindo rigidez, planaridade e um caráter polar ao esqueleto covalente se deve às formas de ressonância dessa ligação (figura 18). 
Figura 18 - Formas de ressonâncias da ligação peptídica
9.3 Nomenclatura de peptídeos
A extremidade de uma cadeia polipeptídica que contém o grupo amino corresponde ao primeiro resíduo de aminoácido e a que contém o grupo carboxila corresponde ao último resíduo de aminoácido. Os resíduos de aminoácidos na cadeia polipeptídica são nomeados por substituição do sufixo ina por il, como serina, que passa a ser denominada seril e glicina de glicil. Aminoácidos como tirosina, são nomeados apenas por substituição da letra a por il, portanto, tirosinil. O último aminoácido de uma cadeia polipeptídica é nomeado sem qualquer alteração no seu nome. O peptídeo Ser(Gly(Ala(Val(Phe(Met(Ala formado por sete resíduos de aminoácidos (serina, glicina, valina, fenilalanina, metionina e alanina) é nomeado serilglicilalanilvalilfenilalanilmetionilalanina.Os peptídeos que apresentam até dez resíduos de aminoácidos, são nomeados utilizando os prefixos di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona e deca ao nome peptídeo. O peptídeo formado por dois aminoácidos é um dipeptídeo, por três, tripeptídeo, por quatro, tetrapeptídeo, por cinco, pentapeptídeo, etc. Para os peptídeos que apresentam mais de dez resíduos de aminoácidos utilizamos os termos oligopeptídeos ou polipeptídeos. 
9.4 Diferenças entre oligopeptídeo, polipeptídeo e proteína
Os oligopeptídeos são cadeias pequenas de aminoácidos. Esse termo se aplica a peptídeos com um número máximo de 20 resíduos de aminoácidos. Polipeptídio é um termo empregado par se referir a peptídeos com mais de 20 resíduos de aminoácidos. Esse termo é empregado também como sinônimo de proteína ou de uma cadeia de proteína. Alguns autores divergem na diferenciação de peptídeos de proteínas. Segundo Lehninger, um polímero de aminoácidos é considerado uma proteína quando apresentar uma cadeia com 100 unidades de aminoácidos. Para Devlin uma proteína deve conter uma cadeia com um número mínimo de 70 aminoácidos e para Donald Voet, a partir de 40 aminoácidos. 
9.5 Peptídeos de ocorrência biológicas
9.5.1 A glutationa. A glutationa (GSH) é um tripeptídio que atua como agente redutor ou agente antioxidante. É formado pelos aminoácidos glutamato, glicina e cisteína. O glutamato liga-se à cisteína através de uma ligação peptídica incomum entre o grupo carboxila (COOH) da cadeia lateral (R) do glutamato e o grupo α-amino (NH2) da cisteína (figuras 18a e 18b). O papel da GSH como agente redutor é extremamente importante, particularmente no ambiente altamente oxidante do eritrócito. O grupo sulfidrila (SH) do GSH pode ser utilizado para reduzir os peróxidos formados durante o transporte de oxigênio. A forma oxidada resultante da GSH é composto por duas moléculas de GSH ligadas entre si por ligação dissulfeto, abreviada GSSG (figura 18b). A enzima glutationa redutase utiliza NADPH como cofator para reduzir GSSG de volta a duas moles de GSH. Assim, a via das pentoses fosfato é extremamente importante para os eritrócitos produzirem NADPH, necessário pela glutationa redutase. Nos eritrócitos o GSH mantém o estado ferroso (Fe2+) do grupo heme da hemoglobina, forma essa essencial para o transporte de oxigênio. A forma férrica da hemoglobina (Fe3+), também conhecida como metemoglobina, não transporta oxigênio.
Figura 10. Estrutura do tripeptídeo glutationa em que se observa a ligação peptídica incomum entre a COOH do grupo R do glutamato com o grupo alfa amino da cisteína, tanto na sua forma reduzida (a), quanto na sua forma oxidada (b). São necessária duas moléculas de GSH para formar uma de GSSG.
9.5.2 Vasopressina. A vasopressina ou hormônio antidiurético(ADH), produzido pela hipófise anterior, é formada por uma sequência de nove aminoácidos e por isso é classificada como um nonapeptídeo. Uma ligação dissulfeto entre as moléculas de cisteína na posição 1 e 6, conferem à molécula de ADH uma estrutura cíclica. É secretado em casos de desidratação e queda da pressão arterial; fazendo com que os rins conservem a água no corpo, concentrando e reduzindo o volume da urina. É chamado vasopressina porque aumenta a pressão sanguínea ao induzir uma vasoconstricção moderada sobre as arteríolas do corpo. O ADH atua no néfron, favorecendo a abertura dos canais de água (aquaporina) nas células do túbulo de conexão e túbulo coletor.
A tabela 3 traz exemplos de alguns peptídeos com importantes atividades biológicas como os dipeptídeos carnosina e anserina que atuam como tampões. Os tampões são misturas de ácidos e bases fracos que atuam no tamponamento do pH, ou seja, atuam evitando variações no valor de pH tanto para valores ácidos como básicos. Esses dipeptídeos atuam tamponando o pH de células musculares.
Tabela 3: Peptídeos de ocorrência biológica 
	Número de unidades de aminoácidos
	Exemplos
	Funções
	2
2
	Carnosina 
	Tamponamento do pH em células musculares
	
	Anserina
	Tamponamento do pH em células musculares
	2
3
	Fator liberador de tireotrofina
	Hormônio hipotalâmico estimula a liberação de tireotrofina, hormônio da hipófise anterior
	
	Glutationa
	Agente antioxidante
	9
9
	Ocitocina 
(Nonapeptídeo cíclico)
	Hormônio da hipófise anterior, estimula as contrações uterinas
	
	Bradicinina
	Produzido no plasma ou estômago, é um potente vasodilatador
	10
10
	Gramicidina S
(Peptídeo cíclico )
	Antibiótico eficaz contra algumas bactérias Gram negativas e Gram positivas, assim como alguns fungos.
	
	Amanitina
	Veneno de fungo
	29
	Glucagon
	Secretado pelas células ( do pâncreas, tendo a função de elevar os níveis de glicose no sangue 
	39
	Corticotrofina
	Hormônio da hipófise anterior, estimula o córtex adrenal
O aspartame é um dipeptídeo formado por fenilalanina e aspartato. O aspartame é um adoçante de baixa caloria, obtido por processos industrializados, é bastante utilizado em dietas de emagrecimento. 
Metionina-encefalina e a leucina-encefalina pertencem a classe dos peptídeos opiáceos, encontrados predominantemente nas células do tecido nervoso. Os pentapeptídeos leucina-encefalina e metionina-encefalina diferem entre si somente pelos resíduos de aminoácidos dos C−terminais. São pentapeptídeos que atenuam a dor e produzem sensações agradáveis. A substância P e a bradicinina são nonapeptídeos liberados em processos inflamatórios estimulando a percepção de dor, dessa forma apresentando efeitos opostos aos peptídeos opiáceos (figura 19). 
a) Tyr(Gly(Gly(Phe(Met b) Tyr(Gly(Gly(Phe(Leu
Figura 19. Estruturas dos pentapeptídeos metionina-encefalina (a) e leucina-encefalina (b), ambos peptídeos opiáceos que diferem apenas no aminoácido que está ligado a COOH terminal, que na metionina encefalina é metionina e na leucina encefalina é leucina.
10. Resumo
Os aminoácidos são moléculas orgânicas formadas por um grupo carboxila, um grupo amino, um átomo de hidrogênio e um radical ou cadeia lateral. São as unidades estruturais das proteínas e peptídeos. Os 20 aminoácidos comumente encontrados na estrutura de proteínas são denominados aminoácidos padrões ou primários. A maioria dos aminoácidos tem seus nomes terminados com o sufixo “ina”, como: prolina, glicina, alanina asparagina, etc. Outros têm nomes terminados em “ano”, como o triptofano e em “ico”, como o ácido aspártico e o ácido glutâmico. A maioria dos aminoácidos encontrados em proteínas apresenta configuração absoluta L, excetuando-se a glicina que não tem carbono assimétrico. Os aminoácidos são classificados de acordo com a polaridade da sua cadeia lateral em apolar (hidrofóbico), polar neutro (hidrofílico), polar com carga negativa (ácido) e polar com carga positiva (básico). A cadeia lateral dos aminoácidos apolares é formada por hidrocarbonetos ou átomos com valores de eletronegatividade próximos do carbono e hidrogênio como alanina, valina, leucina, fenilalanina, prolina, triptofano, metionina e isoleucina. Os aminoácidos polares ou polares neutros apresentam grupos R solúveis em água como serina, treonina, cisteína, asparagina, tirosina, glutamina e glicina. Os aminoácidos básicos apresentam grupos R com carga positiva líquida em pH 7,0 como lisina, arginina e histidina e os ácidos têm grupos R com carga líquida negativa como aspartato e glutamato. Os aminoácidos essenciais não são produzidos nas células e devem ser obtidos da alimentação. Os aminoácidos não essenciais são produzidos pelas células. Os aminoácidos derivados ou especiais são formados a partir de modificações químicas sofridas por um dos 20 aminoácidos primários após a síntese da cadeia polipeptídica. Os peptídeos são cadeias pequenas de aminoácidos, que podem ser formados pela reação dos aminoácidos ou pela hidrólise de proteínas. O grupo carboxila de um aminoácido reage com o grupo amino de outro aminoácido, produzindo umaligação covalente denominada ligação peptídica. Os peptídeos que apresentam até dez resíduos de aminoácidos, são nomeados empregando os prefixos di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona e deca ao nome peptídeo. Para os peptídeos que apresentam mais de dez resíduos de aminoácidos, utilizam-se os termos oligopeptídeos ou polipeptídios.
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11. Exercícios
1. Explique por que os aminoácidos sendo moléculas orgânicas podem formar sólidos cristalinos branco, com elevados pontos de fusão e ebulição?
2. Como são classificados os aminoácidos de acordo com à sua polaridade?
3. O que são aminoácidos essenciais e não-essenciais? Exemplifique-os.
4. O que são aminoácidos especiais?
5. O que são aminoácidos neurotransmissores? Exemplifique-os
6. Explique o significado das letras D- e L- antes dos nomes de aminoácidos seguidas dos sinais (+) e (-).
7. Como é definida a configuração absoluta de uma molécula orgânica?
8. Explique o motivo pelo qual glicina não poder apresentar isômeros ópticos nem configuração absoluta L. 
9. Por que a maioria dos aminoácidos encontrados em proteínas apresenta configuração (L-)? 
10. Em que estruturas são encontrados aminoácidos com configuração D na natureza? Qual a função biológica desses aminoácidos nessas estruturas?
11. Por que os peptídeos podem apresentar mistura de D e L-aminoácidos em suas estruturas enquanto as proteínas são formadas apenas por aminoácidos de uma única série estereoisomérica?
12. Como podem ser formados os peptídeos e como eles são denominados?
13. Diferencie peptídeos de proteínas?
14. Exemplifique alguns peptídeos de ocorrência biológica.
15. Quantos peptídeos podem ser formados com os aminoácidos glicina, treonina e fenilalanina. Descreva os peptídeos formados com estruturas destacando sua sequência?
12. Referências bibliográficas:
NELSON, D.L, COX, M. M. Lehninger Princípios de Bioquímica. 5a. Edição, São Paulo, Sarvier, 2010.
NELSON, D.L, COX, M. M. Lehninger Princípios de Bioquímica. 4a. Edição, São Paulo, Sarvier, 2006. 
BERG, J.M.; Tymoczko, J.L.; STRYER, L. Bioquímica. 6° ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.
BERG, J. M, TYMOCZKO, J. L., STRYER, L. Bioquímica. 5a edição, Rio de Janeiro, Guanabara-Koogan, 2004.
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