Aminoácidos, peptideos e proteínas

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BIOQUÍMICA BÁSICA
Faculdade de Imperatriz - FACIMP
Aminoácidos, 
Peptídeos e Proteínas
 Proteínas - definições
Moléculas biológicas mais abundantes nos organismos
Formadas por unidades monoméricas simples (aa)
20 diferentes aminoácidos (aa)
Diversidade de funções
Enzimas - Hormônios
Anticorpos - Transportadores de membrana
Fibras musculares - Proteínas do leite
Venenos naturais (cogumelos) - Etc...
(a) A luz produzida pelo vaga-lume é resultado da reação envolvendo a proteína luciferina e o ATP
(b) Os eritrócitos (hemácias) possuem uma proteína transportadora de O2, a hemoglobina
(c) A queratina é a principal proteína componente do cabelo, escamas, chifres, lã, unhas e penas
 Proteínas - exemplos
Canais na membrana celular (transporte de íons e moléculas)
 Proteínas - exemplos
Receptores de membrana usados por microrganismos!
GLICOPROTEÍNAS (gp 120 e gp 41)
DO HIV 
E PENETRAÇÃO NO LINFÓCITO T CD4
FUSÃO HIV E LINFÓCITO TCD4+
 Proteínas - exemplos
Metabolismo de fármacos e outros elementos (nutrientes da dieta)
CYP 450
Citocromo P 450
Os 20 aminoácidos proteícos
Aminoácidos básicos
Lisina
(Lys – K)
Arginina
(Arg – R)
Histidina
(His – H)
Aminoácidos ácidos
Ácido Aspártico
(Asp – D)
Ácido Glutâmico
(Glu – E)
Asparagina
(Asn – N)
Glutamina
(Gln – Q)
Serina
(Ser – S)
Treonina
(Thr – T)
Aminoácidos polares neutros
Aminoácidos hidrofóbicos - apolares
Alanina
(Ala – A)
Valina
(Val – V)
Isoleucina
(Ile – I)
Leucina
(Leu – L)
Metionina
(Met – M)
Fenilalanina
(Phe – F)
Tirosina
(Tyr – Y)
Triptofano
(Trp – W)
Aminoácidos “especiais”
Cisteína
(Cys – C)
Glicina
(Gly – G)
Prolina
(Pro – P)
 
AMINOÁCIDOS
Blocos estruturais para formação das proteínas
A união dos aa origina as proteínas
Ligação covalente (peptídica)
O primeiro aa descoberto foi a asparagina (1806)
O último aa descoberto foi a treonina (1938)
Todas os 20 aminoácidos possuem características químicas em comum
Todos são “α-aminoácidos”
Estrutura básica de qualquer aminoácido
Carbono central na molécula (carbono α)
Uma porção amino-terminal (NH3+)
Uma porção carboxi-terminal (COO-)
Uma cadeia lateral (R)
Variação em tamanho, carga elétrica, solubilidade
Cadeia lateral
amino
carboxila
a
A exceção é a prolina
(grupo R ligado ao grupo NH3+)
A ligação peptídica ocorre entre o grupo a-carboxila de um aminoácido e o grupo a-amino de outro aminoácido. 
Até 100 aminoácidos (10 kDa) peptídeo
 Mais de 100 aminoácidos proteína
aminoácido
COO
C — H
 R
H3N —
+
a
Fórmula geral de um a aminoácido:
os grupos amino e carboxila estão no carbono a.
R – a cadeia lateral R diferencia os aminoácidos entre si
(monômero)
Proteína (polímero)
um dipeptídeo
Aminoácido 1
Aminoácido 2
Estrutura geral dos amionoácidos de ocorrência biológica
Grupamento amino
Grupamento carboxilato 
(ácido carboxílico)
Hidrogênio
Grupamento “R”,
 ou cadeia lateral
Essa parte é que define as propriedades cada aminoácido de acordo com suas características de estrutura, tamanho, caga elétrica , solubilidade
prolina
Exceção: 
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Os aminoácidos possuem (pelo menos) um carbono quiral
Estéreo isômeros
Ópticamente ativos,
 isto é mudam o plano de polarização da luz polarizada
(enantiomeros)
glicina
Os aminoácidos utilizados nas proteínas são L-estereoisômeros
Exceção:
Centro 
quiral
A
B
C
D
A
B
C
D
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Uma classificação dos aminoácidos
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Outra classificação:
Polar, Uncharged R Groups The R groups of these amino
acids are more soluble in water, or more hydrophilic,
than those of the nonpolar amino acids, because they
contain functional groups that form hydrogen bonds
with water. This class of amino acids includes serine,
threonine, cysteine, asparagine, and glutamine.
The polarity of serine and threonine is contributed by
their hydroxyl groups; that of cysteine by its sulfhydryl
group; and that of asparagine and glutamine by their
amide groups.
Asparagine and glutamine are the amides of two
other amino acids also found in proteins, aspartate and
glutamate, respectively, to which asparagine and glutamine
are easily hydrolyzed by acid or base. Cysteine is
readily oxidized to form a covalently linked dimeric
amino acid called cystine, in which two cysteine molecules
or residues are joined by a disulfide bond (Fig.
3–7). The disulfide-linked residues are strongly hydrophobic
(nonpolar). Disulfide bonds play a special
role in the structures of many proteins by forming covalent
links between parts of a protein molecule or between
two different polypeptide chains.
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Apolares alifáticos
Alanina , valina, leucina e isoleucina tendem a se agrupar no interior das proteínas, estabilizando sua esrutura por meio de interações hidrofóbicas.
Metionina possui um grupamento tioéter apolar (contendo enxofre) na sua cadeia lateral.
Prolina: tem uma cadeia alifática ciclica na sua cadeia lateral. Sua amina secundária (imino) confere rigidez à região do polipeptídeo onde está presente. 
Glicina: É o que tem a estrutura mais simples. Embora esteja classificada como apolar, sua cadeia lateral é muito pequena para contribuir com as interações hidrofóbicas
Nonpolar, Aliphatic R Groups The R groups in this class of
amino acids are nonpolar and hydrophobic. The side
chains of alanine, valine, leucine, and isoleucine
tend to cluster together within proteins, stabilizing protein
structure by means of hydrophobic interactions.
Glycine has the simplest structure. Although it is formally
nonpolar, its very small side chain makes no real
contribution to hydrophobic interactions. Methionine,
one of the two sulfur-containing amino acids, has a nonpolar
thioether group in its side chain. Proline has an
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Polares não carregados
São mais hidrofílicos que os aminoácidos apolares porque contém grupamentos funcionais capazes de fazer pontes de hidrogênio com a água.
A polaridade as serina e da treonina é devida ao seus grupamentos hidroxila (–OH).
A polaridade da cisteína é devida ao seu grupamentoa sulfidrila (-SH).
Os grupamentos amida conferem polaridade às cadeias laterais da asparagina e da glutamina
Asparagina e glutamina são amidas de outros dois aminoácidos também encontrados em proteínas: aspartato e glutamato
Aspartato Glutamato
Polar, Uncharged R Groups The R groups of these amino acids are more soluble in water, or more hydrophilic, than those of the nonpolar amino acids, because they contain functional groups that form hydrogen bonds with water. This class of amino acids includes serine, threonine, cysteine, asparagine, and glutamine. The polarity of serine and threonine is contributed by their hydroxyl groups; that of cysteine by its sulfhydryl group; and that of asparagine and glutamine by their amide groups. 
Asparagine and glutamine are the amides of two other amino acids also found in proteins, aspartate and glutamate, respectively, to which asparagine and glutamine are easily hydrolyzed by acid or base. Cysteine is readily oxidized to form a covalently linked dimeric amino acid called cystine, in which two cysteine molecules or residues are joined by a disulfide bond (Fig. 3–7). The disulfide-linked residues are strongly hydrophobic (nonpolar). Disulfide bonds play a special role in the structures of many proteins by forming covalent links between parts of a protein molecule or between two different polypeptide chains. 
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Cisteína e Cistina
A cisteína é facilmente oxidada para formar um dímero através de uma ligação covalente do tipo dissulfeto . Esse dímero, que se chama cistína, é extremamente apolar .
As ligações dissulfeto tem um papel muito importante na estrutura de muitas
proteínas formando ligações covalentes entre diferentes partes de uma molécula de proteína
Cysteine is readily oxidized to form a covalently linked dimeric amino acid called cystine, in which two cysteine molecules or residues are joined by a disulfide bond (Fig. 3–7). The disulfide-linked residues are strongly hydrophobic (nonpolar). Disulfide bonds play a special role in the structures of many proteins by forming covalent links between parts of a protein molecule or between two different polypeptide chains. 
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Aminoácidos aromáticos
São relativamente apolares (hidrofóbicos).
Os três podem participar de 
interações hidrofóbicas
O grupamento hidroxila da tirosina pode formar pontes de hidrogênio, é um importante grupamento funcional no sítio catalítico de algumas enzimas.
Tirosina e triptofano são significativamente mais polares do que fenilalanina, devido a hidroxila fenólica da tirosina e ao nitrogênio indólico do triptofano
fenol
indol
Aromatic R Groups Phenylalanine, tyrosine, and tryptophan, with their aromatic side chains, are relatively nonpolar (hydrophobic). All can participate in hydrophobic interactions. The hydroxyl group of tyrosine can form hydrogen bonds, and it is an important functional group in some enzymes. Tyrosine and tryptophan are significantly more polar than phenylalanine, because of the tyrosine hydroxyl group and the nitrogen of the tryptophan indole ring.
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Grupamentos R com carga positiva (básicos)
Muito hidrofílicos
Apresentam carga elétrica positiva em pH fisiológico
Lisina contem uma amina primária
Arginina contém um grupamento guanidino
Histidina contém um grupamento imidazol
amina
guanidino
imidazol
Positively Charged (Basic) R Groups The most hydrophilic R groups are those that are either positively or negatively charged. The amino acids in which the R groups have significant positive charge at pH 7.0 are lysine, which has a second primary amino group at the position on its aliphatic chain; arginine, which has a positively charged guanidino group; and histidine, which has an imidazole group. Histidine is the only common amino acid having an ionizable side chain with a pKa near neutrality. In many enzyme-catalyzed reactions, a His residue facilitates the reaction by serving as a proton donor/acceptor. 
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Grupamentos R com carga negativa (ácidos)
Possuem carga negativa em pH fisiológico.
Negatively Charged (Acidic) R Groups The two amino acids
having R groups with a net negative charge at pH 7.0
are aspartate and glutamate, each of which has a second
carboxyl group.
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Os aminoácidos podem se comportar como ácidos e como bases
Doador de H+
Aceptor de H+
Substância anfotérica,ou anfólito, ou anfiprótico
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Propriedades químicas e convenções relacionadas aos aminoácidos
Código de três letras
Código uma letra
Peso molecular
pK do carboxilato
pK da amina
pK da cadeia
lateral
!!!??
!!!??
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É uma escala teórica que procura estimar se das cadeias laterais dos aminoácios vão procurar ambientes aquosos (como o citoplasma) ou lipídicos (como as membranas celulares). Valores negativos indicam hidrofilicidade, enquanto valores positivos indicam hidrofobiciadade.
Pode ser usado para estimar como uma proteína de membrana se insere na bicamada lipídica
Propriedades químicas e convenções relacionadas aos aminoácidos (cont.)
pI – Ponto isoelétrico
Ponto isoelétrico é o valor de pH no qual a soma total das cargas de uma molécula (carga líquida) é igual a zero 
pI > 7
básicos
pI < 7
ácidos
O que é Ponto isoelétrico?
Índice de hidrofobicidade
O que é Índice de hidrofobicidade?
Frequencia (%)
É simplesmente uma estatística que mostra o percentual com que cada aminoácido aparece num universo de 1500 proteínas seqüenciadas
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Nomes dos aminoácidos
Asparagina foi o primeiro encontrada em aspargos,
Glutamato no glúten de trigo;
Glicina (glykos grego, "doce") assim chamada devido ao seu sabor doce.
Tirosina foi isolada pela primeira vez do queijo (seu nome é derivado do
grego ”tyros” , "queijo");
Asparagina 
Aspargo
Glutamato 
trigo
Tirosina 
queijo
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Peptídeos
São polímeros de aminoácidos (2 a 3 ou até milhares)
Formados por ligação covalente (ligação peptídica)
Ligação Peptídica
Remoção de H2O (desidratação)
Ligação (união) é uma condensação
 
PEPTÍDEOS
Resíduos de aminoácidos em cadeia
 
PEPTÍDEOS
Resíduos de aminoácidos em cadeia
AA + AA = dipeptídeo
AA + AA + AA = tripeptídeo
AA + AA + AA + AA = tetrapeptídeo e ...
Poucos aa unidos  oligopeptídeo
Muitos aa unidos  polipeptídeos
Diferenciação por tamanho
Polipeptídeos – até peso molecular 10 000
Proteínas – peso molecular acima de 10 000
 
PEPTÍDEOS
Resíduos de aminoácidos em cadeia
Sempre observa-se dois resíduos nas extremidades:
Amino-terminal
Carboxi-terminal
(pentapeptídeo)
Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu
Extremidade do
 terminal amino
Extremidade do
 terminal carboxila
 
PEPTÍDEOS
Variedade de tamanho e de ações
OBSERVAR QUE SÃO MÍNIMAS AS DIFERENÇAS 
DA SEQUENCIA DE AMINOÁCIDOS
Mioglobina - proteína armazenadora de O2 nos músculos dos mamíferos
A mioglobina é uma proteína de forma globular, de 153 aminoácidos, contendo um grupo prostético heme. A proteína é bastante solúvel em meio aquoso. 
O interior da molécula é forrado com cadeias laterais de aminoácidos apolares, formando um ambiente hidrofóbico. 
grupo heme
grupo heme
Mioglobina da baleia cachalote
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
Ligação Reversível
Alfas-hélices
ESTRUTURA DA PROTEÍNA
Grupo Prostético contendo Ferro
FERRO LIGA-SE AO OXIGÊNIO
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
Ligação Reversível
O grupo prostético que contém átomo de FERRO para transporte de oxigênio chama-se heme:
Estrutura em forma de anel (protoporfirina)
Possui apenas 1 átomo de ferro
Ferro no estado ferroso (Fe²+)
O ferro no estado férrico (Fe³+) não transportaria O2
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FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
Ligação Reversível
Grupamento HEME
Mioglobina
- proteína que armazena O2
 nos tecidos musculares
Hemoglobina
- proteína que transporta O2
 na corrente sanguínea
 Apena 1 grupo heme 
 Possui 4 grupos heme 
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ESTRUTURAS 
TRIDIMENSIONAIS 
DE PROTEÍNAS
Arranjo espacial (forma tridimensional)
Conformação da proteína
“Forma ou disposição da proteína sem que haja quebra de ligações”
A conformação é estabilizada por ligações fracas
Quebra de ligação covalente ....................... 200 a 400 KJ/mol
Quebra de pontes de hidrogênio ....................... 4 a 30 KJ/mol
O excesso de pontes de hidrogênio gera 
estabilidade na conformação da proteína!
 
PROTEÍNAS
Estruturas tridimensionais
 
PROTEÍNAS
Estruturas tridimensionais
A estabilidade das proteínas exige o rearranjo dos grupos hidrofílicos e hidrofóbicos.
Os grupos de aminoácidos hidrofóbicos são deslocados para o centro da estrutura da proteína.
O número de pontes de hidrogênio é aumentado nessa região da molécula.
 
PROTEÍNAS
Estruturas tridimensionais
Mioglobina da baleia cachalote
As cadeias laterais de aminoácidos polares, carregados ou não, voltam-se para o meio aquoso e fazem contacto (pontes de H) com as moléculas de água do meio.
água
proteína
Aminoácidos apolares voltados para o interior da molécula.
Estrutura quaternária:
Associação de mais de uma cadeia polipeptídica 
No modelo, um tetrâmero composto de 4 cadeias polipeptídicas
x 4
Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos descrever elas em níveis organizacionais para facilitar o estudo:
Estrutura terciária:
Enovelamento de uma cadeia polipeptídica como um todo.
Ocorrem ligações entre os átomos dos radicais R de todos os aminoácidos da molécula
. 
Estrutura secundária:
Enovelamento de partes da cadeia polipeptídica
Formada somente pelos átomos da ligação peptídica, através de pontes de H.
Ex: alfa-hélices
e folhas beta.
Estrutura primária: é a sequência dos aminoácidos na cadeia polipeptídica; mantida por ligações peptídicas
aminoácido
É o esqueleto covalente (fio do colar), formado pela seqüência dos átomos na proteína. 
Estrutura Primária
Estrutura Secundária 
Modelo de uma alfa-hélice
Estrutura Secundária 
As pontes de hidrogênio são formadas
 entre os segmentos adjacentes das cadeias.
Cadeia lateral de Ala
Cadeia lateral de Gly
Estrutura Secundária 
Fibroína: proteína da seda, é também produzida por insetos e aranhas.
Ela é rica em resíduos de Ala e de Gly (aa pequenos  melhor arranjo).
Fibroína NÃO estica pois as folhas-beta já são muito distendidas.
Porém é uma estrutura muito flexível devido ao elevado número de pontes de hidrogênio.
Fibroína em uma fiandeira de aranha.
Estrutura Terciária
Estrutura Quaternária
Ex.: albumina
(transportadora de fármacos no plasma)
Estrutura Quaternária
ALBUMINA
Albumina 
(proteína carreadora)
FARMACOCINÉTICA (ETAPA DE DISTRIBUIÇÃO)
Evento sofrido pela molécula do fármaco que após absorvida deverá será carreada pela circulação sistêmica;
Forma Livre  Forma Conjugada;
Aproximadamente 80% das proteínas do plasma!
Segunda proteínas mais abundante no plasma!
Albumina 
(proteína carreadora)
PRESEVE SEU FÍGADO!
Albumina é produzida nos hepatócitos!
Hipoalbuminemia por cirrose;
Síndrome nefrótica;
Desnutrição grave;
Queimaduras severas;
Idosos – menor taxa de produção!
CURIOSIDADE
“Bioquímica dos Cabelos”
Como explicar a 
diferença de textura 
do CABELO
Cabelos Crespos X Cabelos Lisos
Proteína do cabelo
	- Queratina (15 diferentes aa)
Um deles é a CISTEÍNA (pontes de enxofre “SH”)
Pontes dissulfeto
Ligações dissulfeto entre outras cisteínas nas alfa-hélices
Quanto mais cisteína (genética) mais crespo o cabelo
ANTES
DEPOIS
OUTRAS FUNÇÕES 
Mais aplicações das proteína no organismo humano
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
As proteínas conseguem realizar ligações reversíveis com outras proteínas e com outras moléculas.
Molécula ligada reversivelmente 
LIGANTE
Local de ligação na proteína
SÍTIO DE LIGAÇÃO 
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
A interação entre um ligante e o sítio de ligação na proteína provoca alteração de conformação:
AJUSTE INDUZIDO 
“Melhor encaixe”
Sítio Ligação
(proteína)
Ligante
Ex.: fármaco
Mudança de 
conformação
FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
As enzimas (próxima aula):
Moléculas catalisadoras (aceleram reações)
Ligante
“SUBSTRATO”
Sítio de Ligação
“SÍTIO CATALÍTICO”
“SÍTIO ALVO”
Interação enzima-substrato
“Aumento da velocidade da reação”
Próxima Aula
ENZIMAS !!!
BÁSICA
BERG, J. M. Bioquímica. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004.
COX / LEHNINGER, Albert. L. Princípios de Bioquímica. 4. ed. São Paulo: Sarvier, 2006.
CAMPBELL, Mary K. Bioquímica. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2000.
MARZZOCO, A. Bioquímica Básica. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007.
COMPLEMENTAR
BRACHT, A. Métodos de Laboratório em Bioquímica. São Paulo: Manole, 2003.
DEVLIN, T. M. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas. 6. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2007.
MOTTA, V. T. Bioquímica Clínica para Laboratório. 4. ed. São Paulo: Robe, 2003.
MURRAY, R. Harper: Bioquímica Ilustrada. 26. ed. São Paulo: Atheneu, 2006.
VOET, D.; PRATT, C. W.; VOET, J. G. Fundamentos de Bioquímica. Porto Alegre: Artmed, 2000.
Referências Bibliográficas