Aulas de Bioquímica - I - aula 3

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Os Peptídeos são Cadeias de Aminoácidos
Uma molécula de aminoácido pode reagir com outra molécula de aminoácido, formando uma ligação amídica, chamada ligação peptídica. Ocorre uma reação entre a carboxila de um aminoácido e o grupo amino do outro aminoácido, com eliminação de uma molécula de água.
A molécula resultante é um dipeptídeo e continua tendo 1 grupo carboxila livre numa extremidade e 1 grupo amino livre na outra. E observa-se o seguinte:
2 resíduos de aminoácidos – dipeptídeo
3 resíduos de aminoácidos – tripeptídeo
4 resíduos de aminoácidos – tetrapeptídeo
Até 10 resíduos de aminoácidos – oligopeptídeo
+ de 10 resíduos de aminoácidos – polipeptídeo
+ de 50 resíduos de aminoácidos – proteína.
Nomenclatura
No peptídeo, o resíduo de aminoácido de uma das extremidades fica com o grupo amino livre; é chamado aminoácido N-terminal; e na outra extremidade fica o resíduo de aminoácido com a carboxila livre, é chamado de aminoácido C-terminal.
Por convenção internacional, ao se escrever a sequência do peptídeo, começamos da esquerda para a direita, começando com o resíduo N-terminal.
Ex.: 
Obs.: 
Quando se estuda a estrutura de um peptídeo ou de uma proteína, não basta saber a composição qualitativa e quantitativa de aminoácidos, isto é, quais são e quanto tem de cada um. É necessário saber também a sequência em que esses aminoácidos aparecem na cadeia. É o que nós chamamos de estrutura primária do peptídeo.
Peptídeos são Biologicamente Ativos
Vários peptídeos ocorrem naturalmente e possuem intensa atividade biológica conhecendo-se sua estrutura primária auxilia a obtenção de peptídeos sintéticos, que podem ser administrados a pacientes em caso de deficiência.
Ex.: insulina, hormônio do crescimento
Alguns peptídeos biologicamente ativos:
Oxitocina (9 resíduos de aa) – é secretada pela hipófise posterior e estimula as contrações uterinas e produção de leite.
Bradicinina ( 9 resíduos de aa) – inibe a inflamação dos tecidos.
Amanitina - é extremamente tóxica, oriunda do cogumelo.
Corticotrofina (39 resíduos de aa) – ou hormônio adrenocorticotrófico (ACTH) – controla a produção de corticoide, estimula a córtex da supra-renal.
Hormônio Pancreático – a insulina, que contém duas cadeias polipeptídicas, uma delas com 30resíduos e outra com 21.
Glutátion – é um tripeptídeo, constituído de ácido glutâmico, cisteína e glicina. É importante para manter a integridade da membrana dos eritrócitos. (combate radicais livres, peróxidos, fármacos e carcinogênicos.
Pinicilina – antibiótico produzido pelo cogumelo Penicillium notatun.
Encefalinas – são peptídeos de cadeia curta formados no SNC. Quando se ligam a receptores específicos em certas células do cérebro, induzem analgesia, diminuem a sensação de dor. São os opiáceos do próprio corpo, já que elas se ligam aos mesmos receptores onde se ligam a morfina, a heroína e outras drogas. Tem a estrutura:
Tyr – Gly – Gly – Phe – Met 
Tyr – Gly – Gly – Phe – Leu 
Qual é o comprimento das Cadeias Polipeptídicas nas Proteínas?
As proteínas variam muito de tamanho, formas e funções.
As cadeias podem consistir de uma única cadeia polipeptídica ou duas ou mais polipeptídicas associados.
Em geral contêm de 100 a 1800 resíduos de aminoácidos.
O PM varia de ± 1200 para pequenas proteínas e pode chegar a 1.000.000 para proteínas de cadeias longas ou proteínas formadas por mais de 1 cadeia polipeptídica
Se a molécula de proteína for constituída por mais de uma cadeia polipeptídica, é chamada Oligomérica.
Se for constituída por apenas 1 cadeia, é monomérica.
Podemos calcular o número aproximado de resíduos de aminoácidos em uma proteína simples sem outros grupos químicos, dividindo seu peso molecular por 110. O PM médio dos 20 aminoácidos primários sejam 138, os aminoácidos menores predominam na maioria das proteínas, considera-se 128, para a formação da ligação peptídica, sai 1 molécula de água de PM = 18; então dá-se 128 – 18 = 110, que é o peso médio de cada resíduo.
Proteínas Homólogas
São proteínas relacionadas evolutivamente. 
Elas geralmente tem a mesma função em espécies diferentes; um exemplo; é o Citocromo C, uma proteína mitocondrial que contém ferro e transfere elétrons durante oxidações biológicas em células eucarióticas.
 
As proteínas homólogas de espécies diferentes podem ter cadeias polipeptídicas idênticas ou quase idênticas em extensão.
 
Muitas posições na sequência de aminoácidos são ocupadas pelos mesmos resíduos em todas as espécies, sendo estes denominados resíduos invariantes.
Outras posições, apresentam variações consideráveis nos resíduos de aminoácidos resíduos variáveis. 
O Citocromo C, possui cerca de 100 aminoácidos na maioria das espécies. 
As sequências de aminoácidos das moléculas de Citocromo C de muitas espécies diferentes forma determinadas e 27 posições na cadeia são invariantes em todas as espécies testadas, sugerindo que eles são os resíduos em outras posições apresentam algumas variações interespécies.
O exame das sequências do Citocromo C e de outras proteínas homólogas levou a uma conclusão importante: o número de resíduos que diferem em proteínas homólogas de duas espécies quaisquer é proporcional à diferença filogenética (evolucionária) entre essas espécies. 
Por exemplo:
48 resíduos de aminoácidos diferem nas moléculas de Citocromo C do cavalo e da levedura, que são espécies bem distanciadas;
Enquanto; apenas 2 resíduos diferem nas moléculas de Citocromo C do frango e do pato, espécies bem mais próximas entre si.
 E desta forma consegue-se construir árvores evolutivas de espécies diferentes. 
Classificação de Acordo com a Natureza dos seus Componentes:
1- Proteína Simples: são aquelas constituídas somente de aminoácidos. Ex.: queratina; colágeno; miosina; actina; protamina, histonas, albumina.
2- Proteína Conjugada: são aquelas que contém outros componentes químicos além dos aminoácidos, ligados covalentemente à parte proteica. Esse componente é chamado de grupo prostético.
Exemplos de alguns Grupos Prostético:
Classificação de Acordo com a sua Forma e Solubilidade
1- Proteínas Globulares – nessas proteínas, a cadeia polipeptídica está dobrada sobre si mesmas, numa forma globular ou esférica. São geralmente solúveis em água; a maioria tem função móvel ou dinâmica como a maioria das enzimas, as proteínas de transporte sanguíneo, os anticorpos e as proteínas de reserva.
2- Proteínas Fibrosas – são moléculas insolúveis em água, compridas e filamentosas, com a cadeia polipeptídica estendida, em vez de enrolada. A maioria das proteínas fibrosas tem função estrutural ou de proteção, como pro exemplo: α-queratina do cabelo e da lã, a fibroína da seda e o colágeno dos tendões, da pele, etc..
Há Quatro diferentes Níveis de Estrutura Proteica que Podem ser Geralmente Reconhecidos:
I – Estrutura Primária – refere-se à sequência de aminoácidos e à localização das ligações dissulfeto, se houver.
II – Estrutura Secundária – consiste na localização espacial dos aminoácidos adjacentes em extensões localizadas.
III – Estrutura Terciária – é a conformação tridimensional de toda uma cadeia polipeptídica.
IV – Estrutura Quaternária – envolve a localização espacial de múltiplas cadeias polipeptídicas associadas de maneira estável.
Aspectos Gerais da Estrutura Proteica
Conformação – é a denominação dada ao arranjo espacial dos átomos de uma proteína. As possíveis conformações de uma proteína incluem qualquer estado estrutural que possa ser atingido sem romper as ligaçõess covalentes. 
Por exemplo – pode ocorrer uma mudança na conformação pela rotação em torno de ligações simples.
I – Estrutura Primária:
É a sequência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica, que é determinada geneticamente, sendo específica para cada proteína, também a localização das pontes dissulfeto, se houver. Pro convenção, a estrutura primária é escrita na direção amino terminal carboxila terminal.
Exemplificando: os peptídios
hipotéticos
 Ala – Ser – Lys e Lys – Ser – Ala ;
São diferentes, porque, no primeiro caso é o grupo amino da alanina que está livre e, o segundo caso, é o da lisina.
Obs.: A estrutura primária é que vai determinar as estruturas secundária e terciária, isto é, os tipos de aminoácidos e a sua sequência é que vão determinar a forma tridimensional, a forma como essa cadeia vai se colocar no espaço.
Alterações na sequência de aminoácidos podem levar à formação de proteínas inativa.
Por exemplo: 
A doença conhecida como anemia falciforme é provocada pela troca de apenas 1 aminoácido na hemoglobina. A hemoglobina normal é chamada HbA é formada por 4 cadeia polipeptídicas, 2α e 2β.
II – Estrutura Secundária ( Globular) 
A cadeia linear de aminoácidos pode formar uma estrutura regular, periódica como a α – hélice, a folha pregueada ( ou conformação β ) ou a hélice do tipo do colágeno, ou pode formar espirais ao acaso.
Se observamos o esqueleto de uma cadeia polipeptídica, verificamos que ela é na verdade a repetição alternada de 2 blocos: a ligação C – N da ligação peptídica e o Cα ao qual se liga o grupo R.
Sendo uma ligação dupla, a ligação é rígida; isto é; não permite livre rotação dos átomos ao redor do eixo da ligação e os 4 átomos participam da ligação peptídica ficam no mesmo plano. 
As outras ligações do Cα são ligações simples e permitem livre rotação dos átomos.
A α – hélice é uma estrutura bastante estável, devido à formação de inúmeras pontes de hidrogênio intracadeias.
A cada volta da hélice existem 3,6 resíduos de aminoácidos. A ponte de hidrogênio se forma entre a carbonila de um aminoácido e o N – H do quarto aminoácido adiante. E todas as ligações peptídicas estão formando pontes de hidrogênio, daí a grande estabilidade da hélice. Os grupos R ficam projetados para fora da hélice
A α- hélice não se forma em alguns casos:
1 – Quando há resíduos com cargas elétricas iguais muito próximos um do outro. Por ex. quando há uma sequência de vários resíduos de ácido glutâmico que tem carga negativa, ou de lisina, com carga positiva.
2- Quando há uma sequência de aminoácidos muito volumosos, como isoleucina, asparagina, etc.
3- Quando aparece a prolina. Na prolina o N faz parte de um anel rígido, então ele quebra o arranjo regular da α-hélice. Toda vez que aparece a prolina, a cadeia faz uma curva, isto é, se dobra nesse ponto
A Conformação β organiza as Cadeias Polipeptídicas em Folhas
É uma conformação mais estendida das cadeias polipeptídicas, ela estende-se em uma estrutura em ziguezague, em vez de helicoidal. 
As cadeias polipeptídicas em ziguezague podem ser dispostas lado a lado, para formar uma estrutura que se assemelha a uma série de pregas.
 Nesse arranjo, denominado Folha β, as ligações de hidrogênio são formadas entre os segmentos adjacentes da cadeia polipeptídica.
Estrutura Terciária:
Refere-se a maneira como se relacionam os aminoácidos que estão distantes um do outro, na sequência da cadeia.
 Nas proteínas globulares, além da cadeia formar α-hélice, se dobra sobre si mesma, formando no final uma estrutura globular ou esférica. 
Ela se dobra de maneira a ficar os grupos R polares na superfície da esfera e os grupo R apolares no interior da estrutura, escondidos da água.
A estrutura terciária é estabilizada por ligações que ocorrem entre as alças adjacentes; são de quatro tipos:
1- pontes de hidrogênio;
2- atração iônica ou eletrostática;
3- interação hidrofóbica e 
4- pontes de dissulfeto – ligação covalente, só é desfeita por redução ou oxidação. 
Estrutura Quaternária:
Algumas proteínas são constituídas por apenas uma cadeia polipeptídica; são chamadas de monoméricas. Outras proteínas possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas; são chamadas oligoméricas.
A unidade estrutural repetitiva de uma proteína multimérica, seja uma única subunidade (monômero) ou um grupo de subunidades, é denominada protômero. Sendo que essas subunidades podem ser iguais ou diferentes entre si. 
Por exemplo:
A primeira proteína oligomérica que teve a estrutura tridimencional determinada foi a hemoglobina, que contém 4 cadeias polipeptídicas, duas chamadas α com 141 resíduos de aminoácidos e duas β com 146 resíduos de aminoácidos cada.
 A hemoglobina é quatro vezes maior que a mioglobina.
Cada cadeia possui sua estrutura primária, secundária e terciária. A maneira como essas subunidades se relacionam entre si para formar a proteína final é o que chamamos de estrutura quaternária. 
Na Hemoglobina, cada cadeia tem o seu heme ligado e em cada heme fica um átomo de Fe ao qual se liga o oxigênio. As 4 cadeias forma um arranjo tetraédrico.
Proteínas Fibrosas:
As proteínas fibrosas apresentam propriedades que conferem resistência e/ou flexibilidade às estruturas nas quais aparecem.
 Todas as proteínas fibrosas são insolúveis em água, uma propriedade devida à elevada concentração de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos (fenilalanina, isoleucina, valina, metionina e alanina), tanto no interior da proteínas como em sua superfície.
As proteínas fibrosas desempenham importantes papéis na anatomia e na fisiologia dos animais.
 Em grandes vertebrados elas podem constituir um terço ou mais do total das proteínas corporais. Elas dão proteção externa, pois são os componentes principais da camada mais externa da pele, cabelos, penas, unhas e chifres.
 As proteínas fibrosas também dão sustentação e forma já que são o maior componente dos tecidos conjuntivos, incluindo tendões, cartilagem, osso e as camadas profundas da pele.
α- queratina:
As α-queratinas são uma família de proteínas. Dão proteção externa aos vertebrados. Constituem quase todo o peso seco do cabelo, lã, penas, unhas, garra, espículas do porco-espinho, escamas, chifres, cascos, carapaça de tartaruga e grande parte da camada externa da pele.
Embora cabelos, penas, unhas e outras estruturas externas semelhante sejam estruturas extracelulares, as queratinas são realmente sintetizadas no interior das células epidérmicas da pele e dela derivam cabelos, penas e unhas.
 As cadeias polipeptídicas da queratina organizam-se em filamentos dentro das células produtoras do cabelo. Esses filamentos arranjam-se em estruturas semelhantes a cordas e cabos que terminam preenchendo toda a célula. Esta, então, torna-se fina e alongada, morre e sua membrana celular transforma-se em uma cobertura tubular ao redor do cabelo chamada cutícula. Unhas, penas e escamas dos répteis desenvolvem-se de forma parecida, porém de maneira muito mais complexa
Colágeno:
Da mesma forma que as α-queratinas, o colágeno evoluiu no sentido de fornecer resistência mecânica. É encontrado em tecidos conjuntivos como tendões, cartilagens, na matriz orgânica dos ossos e na córnea dos olhos.
O colágeno apresenta 35% de Gly, 11% de Ala e 21% de Pro de HyPro( Hidroxiprolina, um aminoácido não-primário). 
A gelatina, um produto alimentar derivado do colágeno, apresenta um pequeno valor nutricional como proteína, porque o colágeno é bem pobre em diversos aminoácidos essenciais para a dieta humana.
β – queratinas apresentam conformações diferentes
As β – queratinas, como a fibroína da seda e da teia de aranha, também são proteínas filamentosas, insolúveis, mas são flexíveis e facilmente dobráveis e principalmente, não se distendem.
As cadeias polipeptídicas dessas proteínas se apresentam na conformação β, nessa conformação o esqueleto da cadeia dispõem-se em ziguezague e não em forma helicoidal; na fibroína as cadeias se colocam lado a lado, formando uma estrutura semelhante a uma série de pregas, chamadas folha pregreada.
Na conformação β existem inúmeras pontes de hidrogênio inter-cadeias; formam-se entre as ligações peptídicas de cadeias adjacentes e todas as ligações peptídicas participam dessas pontes. Além disso, não há pontes de dissulfeto entre as cadeias. Os grupos R dos aminoácidos projetam-se para fora da estrutura em ziguezague.