4 - Aminoácidos e Proteínas

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Bioquímica Celular
Professor Eugenio Hottz
eugeniohottz@gmail.com
Aminoácidos e Proteínas
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Proteínas são componentes estruturais das células e tecidos
Actina
Tubulina
DNA
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Estutural: O colágeno no tecido conjuntivo e aqueratina
ma pele e nos pêlos;
Proteínas contráteis: A miosina e a actina das fibras
 musculares;
Transporte de moléculas: A hemoglobina transporta o oxigênio; 			 	 A albumina transporta ácidos graxos livres;
Controle metabólico: A insulina controla a captação de glicose pela maioria das células no período após as refeições;
Defesa: As imunoglobulinas (anticorpos) reconhecem microorganismos invasores.
Proteínas são moléculas com alta diversidade de forma e funções 
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grupo carboxila
grupo amino
Cadeia lateral ou grupo R – 
+
Proteínas são polímeros de aminoácidos
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HA
A + H+
Ácidos e Bases
AOH
A + OH-
Ácidos:
Bases:
*
*
HA
A + H+
Ácidos e Bases
AOH
A + OH-
Ácidos:
Bases:
 + H+
A + H2O
*
*
HCl
CL- + H+
Ácidos e Bases
NaOH
Na+ + OH-
Ácidos:
Bases:
 + H+
Na+ + H2O
*
*
HCl
CL- + H+
Ácidos e Bases
NaOH
Na+ + OH-
Ácidos:
Bases:
 + H+
Na+ + H2O
NH3
 + H+
NH4+
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H2SO4
HCl
NH4+
H2CO3
HCO3- + H+
HSO4- + H+
NH3 + H+
CL- + H+
HA
A + H+
Equação de dissociação de um ácido
*
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Equação de dissociação de um ácido
H2SO4
HCl
NH4+
H2CO3
HCO3- + H+
HSO4- + H+
NH3 + H+
CL- + H+
HA
A + H+
ácido forte
ácido fraco
HA
A + H+
*
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Constante de dissociação do ácido fraco
Ka =
[HA]
[A] [H+]
*
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Constante de dissociação do ácido fraco
Ka =
[HA]
[A] [H+]
Força ácida
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Sistema tampão
Ka =
[HA]
[A] [H+]
*
*
Sistema tampão
Ka =
[HA]
[A] [H+]
HCL ou H2SO4
*
*
Sistema tampão
Ka =
[HA]
[A] [H+]
HCL ou H2SO4
Ka =
[HA]
[A] [H+]
=
[HA]
[A] [H+]
100% de [HA] e 0% de [A]
Adição de grande quantidade de HCL ou H2SO4
*
*
Sistema tampão
Ka =
[HA]
[A] [H+]
HCL ou H2SO4
Ka =
[HA]
[A] [H+]
=
[HA]
[A] [H+]
100% de [HA] e 0% de [A]
Adição de grande quantidade de HCL ou H2SO4
100% de [A] e 0% de [HA]
Adição de grande quantidade de NaOH
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Constante de dissociação do ácido fraco
Gradação de
Força ácida
Ka =
[HA]
[A] [H+]
*
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grupo carboxila
grupo amino
Cadeia lateral ou grupo R – 
+
A carga elétrica dos aminoácidos varia com o pH
*
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A carga elétrica dos aminoácidos varia com o pH
*
C
H
COO-
H3N

O carbono alfa dos aminoácidos é assimétrico
R
Cisteína
Treonina
Glutamina
Glicina
+
*
C
H
COO-
H3N

O carbono alfa dos aminoácidos é assimétrico
R
Cisteína
Treonina
Glutamina
Glicina
+
*
L-alanina ou
D-alanina ou
O átomo de carbono alfa (a) de todos os aminoácidos, exceto o da glicina, é assimétrico. Assim, os aminoácidos podem existir em duas formas estereoisoméricas. 
Somente os estereoisômeros L são encontrados nas proteínas. 
As proteínas são constituídas por L aminoácidos
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Ligações peptídicas
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Ligações peptídicas
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Ligações peptídicas
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Peptídeos
Extremidade aminoterminal
Extremidade carboxiterminal
Carbono α
Cadeia lateral
Ligação peptídica
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Cadeia lateral hidrofóbica
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Cadeia lateral hidrofóbica
 constituídos por cadeias de hidrocarbonetos. 
 não interagem com a água
 estão, geralmente, localizados no interior da
 molécula da proteína, quando ela é globular;
 nas proteínas de membrana, ficam mergulhadas na
 bicamada lípídica.
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 Polares Neutros: são constituídos por cadeias
 laterais contendo hidroxilas, sulfidrilas 
 e grupamentos amida;
 Polares carregados: 
 negativos: possuem grupos carboxílicos (ácidos) em suas
 cadeias laterais que estão negativamente carregados 
 no pH fisiológico
 positivos: possuem grupos amino (básicos) em suas cadeias
 laterais que estão positivamente carregados no 
 pH fisiológico
Cadeia lateral hidrofílica
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Cadeia lateral neutra (sem carga)
Pontes de hidrogênio com a água
Pontes dissulfeto (cisteína)
tirosina
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 Polares com carga negativa (aminoácidos ácidos)
ASPARTATO
GLUTAMATO
- Interações eletrostáticas
- Pointes de hidrogênio:
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Muito hidrofílicos
Apresentam carga elétrica positiva em pH fisiológico
- Interações eletrostáticas
- Pointes de hidrogênio:
 Polares com carga positiva (aminoácidos básicos)
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Aminoácidos dicarboxilícos
pKa1	= 2,19 pKa2	=	4,25 pKa3	=	9,67 pI 	=	3,22
 Para aminoácidos com cadeias laterais ácidas, pI é a média do pK dos dois ácidos carboxilicos (pKa1 e pKa2).
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pI
Ionização dos Aminoácidos dicarboxílicos 
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pI
Ionização dos Aminoácidos com uma carboxila e duas cargas positivas 
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As ligações peptídicas possibilitam rotação dos aminoácidos em torno do carbono α
Ângulos de rotação N-Ca – ângulo 
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Ligações das cadeias laterais nas Proteínas
Ligações covalentes (fortes)
 ligação peptídica
 ligação dissulfeto
Interações não-covalentes
 (fracas)
 interações de van der Waals
 interações eletrostáticas 
 Pontes de hidrogênio
 interações hidrofóbicas
“esqueleto” polipeptídico
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Formação de ligação dissulfeto
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 Interações eletrostáticas entre cargas e dipolos 
 (interações iônicas) : ocorre entre as cadeias laterais de 
			 aminoácidos hidrofílicos carregados 
 positivamente e negativamente.
 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.
Forças que mantém a estrutura tridimensional de uma proteína
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Níveis estruturais das proteínas
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Estrutura primária
É a sequencia de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica. 
Níveis estruturais das proteínas
Extremidade aminoterminal
Extremidade carboxiterminal
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Estrutura secundária
Dobramento das cadeias polipeptídicas por pontes de hidrogênio entre o nitrogênio e o oxigênio dos grupos –NH e –C=O nas ligações peptídicas.
Alfa hélice;
Folha beta pregueada.
Níveis estruturais das proteínas
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A alfa hélice
3,6 aminoácidos
As cadeias laterais não participam das pontes de hidrogênio;
Diferentes sequencias de aminoácidos podem assumir a mesma conformação;
Sequencia de aminoácidos da mesma carga não podem se organizar em alfa hélice
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A alfa hélice
Estrutura tridimensional da Mioglobina
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Pontes de hidrogênio formadas entre unidades peptídicas de duas cadeias distintas ou entre seguimentos distantes de uma mesma cadeia polipeptídica.
As folhas β pregueadas
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Estrutura tridimensional da toxina diftérica
A estrutura secundária das proteínas inclui α hélices e folhas β
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Estrutura terciária
As interações entre as cadeias laterais dos diferentes resíduos de aminoácidos participam da estrutura terciária.
Aminoácidos distantes na sequência 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
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 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. 
Estrutura quaternária
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 Organização de duas ou mais cadeias polipeptídicas
Estrutura quaternária
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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 (troca de um resíduo de aminoácido
 na sequência primária ácido glutâmico ( Glu )
 pela valina ( Val )).
Células normais
 células em formado de foice
Níveis estruturais das proteínas
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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Desnaturação Protéica
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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Desnaturação Protéica
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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.
Desnaturação Protéica
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Solventes orgânicos
Detergentes
Rompimento das ligações de hidrogênio e das interações hidrofóbicas
Rompimento das interações hidrofóbicas
Agentes que provocam a desnaturação de proteínas
Perda de função biológica!
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As proteínas diferem uma das outras pela:
Ordem dos aminoácidos
Tipo dos aminoácidos
Número do aminoácidos
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